[发明专利]一种改性石墨烯/聚酰亚胺导热复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚合物基导热复合材料。

背景技术

聚酰亚胺(PI)是综合性能极优的一种高分子材料，具有优异的耐高低温性、良好的耐化学腐蚀性、突出的电绝缘性和高尺寸稳定性等诸多优点，已广泛应用在航空、航天和微电子等领域。然而，PI本体导热性能差(导热系数λ为0.20W/mK)，为了进一步拓宽PI在特高压电气设备、大功率电子元器件、超大规模和超高速集成电路等高导热和高散热领域的应用，提高PI树脂基体的导热性能是关键。

国内外PI导热复合材料的研究相对较少，大多采用填充导热填料来提升PI树脂基体的导热性能。但传统方法制备的填充型PI导热复合材料，大多通过导热填料与PI树脂基体共混制备而得，要获得高λ需填充大量的导热填料，以便在PI树脂基体内形成大量的导热通路或导热网络而提高导热性能；即便获得高λ值，也易使PI复合材料的力学性能急剧恶化。相比颗粒导热填料而言，相同用量下的片层导热填料更利于提升树脂基体的导热性能。石墨烯具有超高的导热系数(λ理想值达5000W/mK)，且其特殊的片层结构使其更易在PI树脂基体中形成导热通路或导热网络，有效降低导热逾渗阈值，提升导热性能，成为制备PI导热复合材料的理想填料。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种改性石墨烯/聚酰亚胺导热复合材料，能够在较低CMG导热填料填充量下实现PI树脂基体的高导热性能。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种改性石墨烯/聚酰亚胺导热复合材料，其组分包括95～99wt％的PI和1～5wt％的CMG，PI和CMG的重量百分比之和为100％；其中PI是由46～48重量份的APB、49～51重量份的ODPA、400～700重量份的DMAc/THF混合溶剂经两步法制备而成，其中DMAc和THF的质量比为2：3；CMG是由1～5重量份的鳞片石墨、50～450重量份的98％浓硫酸、1～5重量份的硝酸钠、3～20重量份高锰酸钾、15～80重量份双氧水、30～150重量份稀盐酸、600～3000重量份的去离子水、3～15重量份的N,N-二异丙基碳二酰亚胺、2～10重量份的NH₂-POSS、500～2500重量份的四氢呋喃、1～5重量份的水合肼经改性Hummers法制备而成。

本发明还提供一种上述改性石墨烯/聚酰亚胺导热复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(a)在冰浴条件下，将1～5重量份的鳞片石墨、50～450重量份的98％浓硫酸和1～5重量份的硝酸钠混合均匀，加入3～20重量份的高锰酸钾，搅拌30～60min；升温至35℃继续搅拌2～3h，再加入200～1000重量份去离子水，升温至85℃再搅拌15～20min，随后加入15～80重量份的双氧水，溶液变为金黄色；经400～2000重量份的去离子水、30～150重量份的稀盐酸洗涤、抽滤和干燥处理制得GO；

(b)将1～5重量份的GO加入到500～2500重量份的四氢呋喃中，超声1～3h，随后加入3～15重量份的N,N-二异丙基碳二酰亚胺和2～10重量份的NH2-POSS，65℃条件下反应48～60h，再加入1～5重量份的水合肼，反应8～12h；经离心、洗涤和干燥处理制得CMG。

(c)将1～5重量份的CMG在400～700重量份的DMAc/THF混合溶剂中超声分散1～2h，随后加入46～48重量份的APB搅拌10～15min；在冰浴及氮气氛围下，再加入49～51重量份的ODPA，搅拌3～4h，原位聚合制得CMG/PAA静电纺丝溶液；

(d)将CMG/PAA静电纺丝溶液进行静电纺丝得CMG/PAA导热复合纤维毡。

(e)将CMG/PAA导热复合纤维毡在真空烘箱中80℃除溶剂4h，然后升温至120℃保持1h，升温至200℃保持1h，升温至250℃保持1h，升温速率为1℃/min，进行热亚胺化；降至室温后取出，得CMG/PI导热复合纤维毡；

(f)将CMG/PI导热复合纤维毡模压成型制备CMG/PI导热复合材料。