一种导热导电石墨烯复合材料的制备方法技术

本发明专利技术公开一种导热导电石墨烯复合材料的制备方法，包括如下步骤：将树脂、石墨烯和其他炭材料溶解到溶剂中制得混合物A；对混合物A进行高压均质处理至其中无颗粒，制得混合物B；对混合物B进行干燥处理，去除其中的溶剂，制得导热导电石墨烯复合材料。本发明专利技术将树脂、石墨烯和炭材料在溶液状态下进行高效分散和混合，从而获得石墨烯均匀分散具有较好的导热导电性和良好的机械性能的高分子复合材料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于复合材料制备领域，更具体涉及一种导热导电石墨烯复合材料的制备方法。
技术介绍
石墨烯具有较大的比表面积、较高的热导率和电导率以及优异的力学性能，将石墨烯作为功能填料或添加剂加入到高聚物中，可以提高聚合物的导热导电性能。但在石墨烯的应用过程中发现，石墨烯极易发生团聚而难以很好的分散进复合材料中。常用的将石墨烯、树脂以及助剂经机械熔融混合法制备的复合材料中，石墨烯无法达到良好的分散，其结果造成石墨烯优异的物理性能不能充分的发挥，同时复合材料的机械性能受到影响。另外有一些常见的化学接枝的方法对石墨烯材料表面进行改性，意在提高石墨烯在高分子聚合物中的分散性，但这种方法往往会破坏石墨烯的晶体结构，从而影响了复合材料的整体性能。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种既可以提高石墨烯在高聚物中的分散性能又不会破坏石墨烯的晶体结构的导热导电石墨烯复合材料的制备工艺。根据本专利技术的一个方面，提供了一种导热导电石墨烯复合材料的制备方法，包括如下步骤：将树脂、石墨烯和其他炭材料溶解到溶剂中制得混合物A；对混合物A进行高压均质处理至其中无颗粒，制得混合物B；对混合物B进行干燥处理，去除其中的溶剂，制得导热导电石墨烯复合材料。根据本专利技术的另一个方面，提供了一种导热导电石墨烯复合材料的制备方法，包括如下步骤：将石墨烯和/或树脂进行预处理，对石墨烯的预处理包括浸润、插层、预混和超声，对树脂的预处理包括化学接枝、改性和修饰；将树脂、石墨烯和其他炭材料溶解到溶剂中制得混合物A；对混合物A进行再处理，再处理包括砂磨、纳米化、过滤；对进行过再处理的混合物A进行高压均质处理至其中无颗粒，制得混合物B；对混合物B进行干燥处理，去除其中的溶剂，制得导热导电石墨烯复合材料。在一些实施方式中，树脂为含苯环的树脂，含苯环的树脂选自聚碳酸酯、聚对苯二甲酸二乙醇酯、丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物、聚醚砜、聚苯硫醚和聚醚酮中的一种或多种。在一些实施方式中，溶剂选自水、乙醇、甲醇、二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、丙酮、乙酸乙酯、碳酸二甲酯、四氢呋喃、二氯甲烷和三氯甲烷中的一种或多种。在一些实施方式中，其他炭材料选自炭黑、石墨、碳纤维和碳纳米管中的一种或多种。在一些实施方式中，树脂与溶剂的质量比为2:1-1:30。在一些实施方式中，导热导电石墨烯复合材料包括质量百分比为0.5％-30％的石墨烯。在一些实施方式中，混合物A中还包括表面活性剂或偶联剂，表面活性剂或偶联剂与石墨烯的质量百分比为0.1％-10％。在一些实施方式中，高压均质处理的压力为500-2000Bar，高压均质处理的时间为10-300分钟。在一些实施方式中，干燥处理包括高温烘干干燥或/和室温干燥或/和低温干燥或/和通风干燥或/和真空干燥或/和超临界干燥，干燥处理的时间为6-48小时。其有益效果为：本专利技术首先对原料进行预处理，在将树脂、石墨烯和炭材料在溶液状态下进行高效分散和混合，从而获得石墨烯均匀分散具有较好的导热导电性和良好的机械性能的高分子复合材料。对石墨烯和树脂进行预处理，可以减小石墨烯分散进入树脂的阻力，增加石墨烯与树脂间的结合力。对混合物A再处理，确保浆体中无颗粒和气泡，使得树脂、石墨烯和其他炭材料在溶剂分散的更均匀，浆体更细化。石墨烯具有类苯环结构，根据相似相容原理，石墨烯在含苯环的树脂溶液中易于相容与分散。溶剂水、乙醇、甲醇、二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、丙酮、乙酸乙酯、碳酸二甲酯、四氢呋喃和二氯甲烷和三氯甲烷使得树脂、石墨烯、炭材料能更易制成混合液。利用其他炭材料炭黑、石墨、碳纤维和碳纳米管和石墨烯的协同作用，更好的发挥石墨烯的优异性。质量比为2:1-1:30的树脂与溶剂利于树脂的溶解和石墨烯的分散。导热导电石墨烯复合材料包括质量百分比为0.5％-30％的石墨烯。基于石墨烯材料堆积密度小和比表面积大特点，将石墨烯占导热导电石墨烯复合材料的质量百分比控制在0.5％-30％之内，既能保证石墨烯的性能得到发挥，由可防止树脂成粉不具有机械性能价值。0.1％-10％的表面活性剂或偶联剂的加入可使石墨烯在有机介质中的分散更为均匀，并增加了复合材料中石墨烯和聚合物间的相容性和结合力。本专利技术通过高压均质的分散方法使团聚的石墨烯和其他炭材料解聚并分散到含苯环的、经过预处理的液态树脂中。在高压的外力作用下，石墨烯层间作用力被消弱，同时借助石墨烯的六边形结构与含苯环的树脂间的范德华作用力，使得原本处于团聚状态的石墨烯逐渐实现解聚，达到良好的分散状态，继而形成均匀稳定的热传递网络，使制得的复合材料导热均匀。具体实施方式实施例一将50g丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物放入300g碳酸二甲酯中，超声搅拌上述混合物2h，至丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物完全溶解。加入1.85g的石墨烯粉体，3.7g的炭纤维粉，超声均质搅拌2h后进行过滤。将混合液经高压均质装置于1250Bar条件下分散后，倒入模具中通风干燥去除溶剂，得到石墨烯含量为3.3％的导热导电石墨烯复合材料。实施例二将60g丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物放入550g碳酸二甲酯中，在50℃低速搅拌条件下，加热搅拌上述混合物3h，至丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物完全溶解。加入3.3g的石墨烯粉体和3.37g的碳纤维粉体，超声均质搅拌混合2h，将混合液经高压均质装置于1000Bar条件下分散后，倒入模具中50℃烘干去除溶剂，得到石墨烯含量为5％的复合材料。实施例三将50g丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物放入340g碳酸二甲酯中，在60℃低速搅拌条件下，加热搅拌上述混合物4h，至丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物完全溶解。加入5.55g的石墨烯粉体，超声均质搅拌1h后进行过滤。将混合液经高压均质装置于1500Bar条件下分散后，倒入模具中80℃烘干去除溶剂，得到石墨烯含量为10％的复合材料。实施例四将200g丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物放入1500g碳酸二甲酯中，超声搅拌上述混合物2h，至丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物完全溶解。加入50g的石墨烯粉体，继续超声均质搅拌1h后停止搅拌继续超声2h。将混合液经高压均质装置于2000Bar条件下分散后，倒入模具中通风干燥，得到石墨烯含量为20％的复合材料。以上实施例中所制得的复合材料的导热系数达到25W/m·K以上，方块电阻可实现低于10Ω。上述说明已经充分揭露了本专利技术的具体实施方式。需要指出的是，熟悉该领域的技术人员对本专利技术的具体实施方式所做的任何改动均不脱离本专利技术的权利要求书的范围。相应地，本专利技术的权利要求的范围也并不仅仅局限于前述具体实施方式。本文档来自技高网...

【技术保护点】
导热导电石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将树脂、石墨烯和其他炭材料溶解到溶剂中制得混合物A；对混合物A进行高压均质处理至其中无颗粒，制得混合物B；对混合物B进行干燥处理，去除其中的溶剂，制得导热导电石墨烯复合材料。

【技术特征摘要】
1.导热导电石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将树脂、石墨烯和其他炭材料溶解到溶剂中制得混合物A；对混合物A进行高压均质处理至其中无颗粒，制得混合物B；对混合物B进行干燥处理，去除其中的溶剂，制得导热导电石墨烯复合材料。2.根据权利要求1所述的导热导电石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将石墨烯和/或树脂进行预处理，对所述石墨烯的预处理包括浸润、插层、预混和超声，对所述树脂的预处理包括化学接枝、改性和修饰；将树脂、石墨烯和其他炭材料溶解到溶剂中制得混合物A；对混合物A进行再处理，所述再处理包括砂磨、纳米化、过滤；对进行过再处理的混合物A进行高压均质处理至其中无颗粒，制得混合物B；对混合物B进行干燥处理，去除其中的溶剂，制得导热导电石墨烯复合材料。3.根据权利要求1所述的导热导电石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述树脂为含苯环的树脂，所述含苯环的树脂选自聚碳酸酯、聚对苯二甲酸二乙醇酯、丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物、聚醚砜、聚苯硫醚和聚醚酮中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的导热导电石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述溶剂选自水、乙醇、甲醇、二甲基甲酰胺、N...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐燕，于锦，王忠强，萧小月，
申请(专利权)人：青岛德通纳米技术有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37