[发明专利]高导电导热石墨材料及其制备方法

说明书

本发明属于石墨材料领域，具体涉及一种高导电导热石墨材料及其制备方法。本发明提供一种高导电导热石墨材料的制备方法，所述制备方法为：先采用芳杂环高分子材料和无金属离子的弱氧化石墨制得芳杂环高分子材料/石墨复合纤维或薄膜，再将所得复合纤维或薄膜依次进行碳化处理和石墨化处理得所述高导电高导热石墨材料；其中，芳杂环高分子材料与无金属离子的弱氧化石墨的质量比为：100：1～20。本发明提供了一种新的高导电导热石墨材料及其制备方法，所得石墨材料的导电导热性能得到了极大地改善，较现有制得的如PI石墨材料相比，导电性能提高了110％，导热性能提高了50％。

技术领域

本发明属于石墨材料领域，具体涉及一种高导电导热石墨材料(石墨纤维、石墨薄膜)及其制备方法。

背景技术

石墨材料指的是含碳量超过百分之九十九的高模量材料，是由高分子化合物在高温环境下裂解石墨化而成。高性能石墨材料有高强高模、低密度、高导电导热、尺寸稳定、可复合，还耐高温、耐腐蚀等优异性能。目前工业上最普遍的高导电导热石墨原材料为沥青，但沥青需要经过复杂的工艺包括沥青的精制、原料的制备、原料的预氧化、碳化及石墨化最终制成石墨材料。

近年来，为了简化工艺并进一步提高石墨材料的导电导热性能，研究人员发现缩合型芳香高分子化合物在惰性气氛下，经2600℃以上的高温石墨化处理，可以制备出高石墨化度的碳材料。具有芳香结构的合成纤维品种很多，例如聚对苯二甲酰对苯二胺(PPTA)、聚对苯撑苯并二噁唑(PBO)、聚酰亚胺(PI)、聚芳噁二唑(POD)等等。

目前，PI已被证实可以作为生产高导电导热石墨材料的前驱体，在相关石墨材料报道中性能也最为优异。如CN105696116A中公开了一种新型高导热炭纤维的制备方法，其采用两步法，先将具有芳香结构的二酐和二胺在极性非质子溶剂中进行溶液(低温)缩聚，获得聚酰胺酸(PAA)溶液，然后经湿法或干湿法纺丝得到PAA纤维；第二步是将PAA纤维经过化学环化或热环化得到聚酰亚胺纤维；再以聚酰亚胺纤维为前驱体，在惰性气氛中，经过连续高温处理，获得具有高结晶度、高取向度、高导热性的石墨纤维。又如CN105256410B公开了一种改善聚酰亚胺基碳纤维微观结构的方法，通过提高聚酰亚胺纤维的分子结构平面规整性，经过高温炭化工艺，来改善碳纤维微观石墨结构。CN107059161A公开了一种聚酰亚胺基石墨纤维及其制备方法和应用，其通过湿法纺丝技术制备出具有不同化学结构和凝聚态结构的聚酰亚胺纤维，聚酰亚胺纤维经过碳化和不同石墨化温度处理后，制备出碳含量99％以上、密度小、石墨结构完善、导电导热性能优异的石墨纤维。

发明内容

本发明提供一种新的高导电导热石墨材料及其制备方法，所得石墨材料的导电导热性能得到了极大地改善，较现有制得的如PI石墨材料相比，导电性能提高了110％，导热性能提高了50％。

本发明的技术方案：

本发明要解决的第一个技术问题是提供一种高导电导热石墨材料的制备方法，所述制备方法为：先采用芳杂环高分子材料和无金属离子的弱氧化石墨制得芳杂环高分子材料/石墨复合纤维或薄膜，再将所得复合纤维或薄膜依次进行碳化处理和石墨化处理得所述高导电高导热石墨材料；其中，芳杂环高分子材料与无金属离子的弱氧化石墨的质量比为：100:1～20；所述无金属离子的弱氧化石墨采用下述方法制得：石墨在膨胀剂和硫酸的作用下进行石墨插层，利用膨胀剂在硫酸中分解产生的气体使得石墨膨胀，从而形成膨胀石墨，然后将所得膨胀石墨经剥离得到无金属离子的弱氧化石墨，所述膨胀剂为过硫化物。

进一步，所述芳杂环高分子材料为可进行碳化处理和石墨化处理的高分子材料。

更进一步，所述芳杂环高分子材料选自：聚酰亚胺(PI)、聚对苯二甲酰对苯二胺(PPTA)、聚对苯撑苯并二噁唑(PBO)、聚酰胺(PA)、聚芳噁二唑(POD)、聚苯并双噁唑(PBBO)、聚噻唑(PT)、聚苯并噻唑(PBT)、聚苯并双噻唑(PBBT)、聚对亚苯基亚乙烯基(PPV)、聚苯并咪唑(PBI)或聚苯并双咪唑(PBBI)中的至少一种。