[发明专利]一种氮化硼氧化石墨烯聚酰亚胺复合材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种氮化硼氧化石墨烯聚酰亚胺复合材料的制备方法。该复合材料的制备方法为先通过化学氧化法制备氧化石墨烯，同时通过水热法将微米氮化硼制备成氮化硼纳米片，利用氮化硼和氧化石墨烯之间的π‑π相互作用制备了导热绝缘复合填料，向复合填料的N,N‑二甲基乙酰胺中加入二元胺的四羧酸二酸酐单体，原位制备聚酰胺酸，最后将添加有氮化硼氧化石墨烯复合填料的聚酰胺酸溶液烘干溶剂后高温脱水亚胺化得到氮化硼氧化石墨烯聚酰亚胺复合材料。本发明通过同时调控氮化硼与氧化石墨烯的比例调控填料粒子的微观结构，从而调控复合材料的导热性能，本发明所制备得到的复合材料热导率大于0.6W/mK，电阻率大于1×10¹¹Ωm。

技术领域

本发明涉及一种氮化硼氧化石墨烯聚酰亚胺复合材料的制备方法，属于导热复合材料领域。

背景技术

聚酰亚胺(Polyimide，简称PI)指的是主链中含有酰亚胺环(-CO-N-CO-)的一类高性能工程塑料。聚酰亚胺之所以能够被广泛应用于航空航天、微电子和锂离子电池分离膜等领域，主要是由于聚酰亚胺的耐高温度能达到400℃以上，且在-200℃～300℃的温度范围内拥有极长的使用寿命，正是因为以上优点，聚酰亚胺被称之为工程塑料中综合性能最优的聚合物材料之一。此外，聚酰亚胺由于其合成方法简单、性能优异，能够在实际生产中批量生产且保持性能最优，被认为是21世纪应用前景最优的工程塑料。

为了使聚酰亚胺能在导热绝缘材料领域得到更好的应用，在聚酰亚胺基体中加入高性能填料成为解决这一问题的关键所在，这一方法结合了填料的高导热性能以及热稳定性，又保持了聚酰亚胺优异的耐热性能、介电性能以及柔韧性，得到的聚酰亚胺/填料复合材料拥有优异的综合性能。氮化硼是典型的二维陶瓷材料，因为具有与石墨烯相似的层间结构，又被称为“白色石墨”。氮化硼具有优良的绝缘性、高导热性、优异的机械性以及耐腐蚀性。石墨烯同样是具有高导热系数的二维材料，而氧化石墨烯作为石墨烯的衍生物，在保留蜂窝状的二维平面结构的同时，在片层上也连接着大量的含氧基团，使其具有更好的化学活泼性以及更好的溶解性。本发明采用引入高导热粒子六方氮化硼与氧化石墨烯来增加聚酰亚胺基复合材料的导热绝缘性能。氮化硼与氧化石墨烯由于相似的层间结构，使得二者层间具有π-π相互作用，更易结合，界面热阻更低。

发明内容

本发明的目的是克服现有聚酰亚胺导热性能较差，添加导电填料或者石墨烯等填料之后又会导致其导电性能增加的问题，提供一种氮化硼氧化石墨烯聚酰亚胺复合材料的制备方法，通过同时添加氮化硼与氧化石墨烯，形成氮化硼氧化石墨烯复合填料，实现聚酰亚胺的导热的提升的目的，拓宽聚酰亚胺在导热领域的应用范围，对于聚酰亚胺导热材料在科学研究和应用领域具有重大意义。具体为先通过化学氧化法制备氧化石墨烯，同时通过水热法将微米氮化硼制备成氮化硼纳米片，利用氮化硼和氧化石墨烯之间的π-π相互作用制备了导热绝缘复合填料，向复合填料的N,N-二甲基乙酰胺中加入二元胺的四羧酸二酸酐单体，原位制备聚酰胺酸，最后将添加有氮化硼氧化石墨烯复合填料的聚酰胺酸溶液烘干溶剂后高温脱水亚胺化得到氮化硼氧化石墨烯聚酰亚胺复合材料。

所述的一种氮化硼氧化石墨烯聚酰亚胺复合材料的制备方法，其特征在于：其制备方法步骤以下：

(1)将磷片石墨、浓硫酸和浓磷酸加入到烧瓶中，加以100～400r/min的机械搅拌，搅拌的同时向该体系中加入高锰酸钾，加完继续搅拌10～40min，之后将体系置于40～80℃的水浴中以200～1000r/min的速率搅拌反应8～16h，将反应后得到的混合液倒入与浓硫酸体积比为1：1的去离子水中，以30～200r/min的搅拌速度搅拌3～10min，搅拌的同时向体系中加入30％的过氧化氢直至混合液变成金黄色，将混合液静止8～30h后倒掉上面的清液，下面浑浊液重复用去离子水进行洗涤并离心至pH值为5.5～7.0，最后通过冷冻干燥的方法得到氧化石墨烯；其中，磷片石墨、高锰酸钾、浓硫酸和浓磷酸的用量比为1g：5～10g：100～200mL：10～20mL；