导热复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种导热复合材料，包括树脂基体、片状石墨烯粉和三维石墨烯粉，所述三维石墨烯粉中设有微胶囊相变材料。本发明专利技术在树脂基体内加入片状石墨烯粉和三维石墨烯粉，且在三维石墨烯粉末中设有微胶囊相变材料，从而使本发明专利技术中的复合材料具有优异的导热性、吸热和储热的性能。将微胶囊相变材料设置在具有多孔结构的三维石墨烯中能有效避免相变材料的外泄对复合材料储热和力学性能的影响，同时在三维石墨烯内设置相变材料有利于三维石墨烯在树脂基体内的稳定分散。本发明专利技术中的复合材料生产工艺简单，同时具有高的导热、吸热和储热性能。

【技术实现步骤摘要】
导热复合材料及其制备方法
本专利技术涉及复合材料领域，尤其涉及一种导热复合材料及其制备方法。
技术介绍
导热复合材料通常是利用导热填料在高分子基体材料内均匀填充，以提高材料的导热性能。常用的高导热填料主要是陶瓷、金属粉末等，但由此制备的导热复合材料中导热填料的填充量比较大，一般需达到树脂基体质量的50％以上才具有一定的导热效果，导热填料的填充量甚至需达到200％才具有较好的导热效果，从而导致复合材料的生产工艺复杂、制造成本偏高、质量偏大。石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构，具有耐高温、柔软性好、质量轻、热传导率高等显著特点，在能源、电子、电力、导热、通信等领域已取得大量的应用。石墨烯是一种理想的导热填料，但石墨烯在树脂基体中不易分散，很难在树脂基体中形成连续有效的导热通道，限制了石墨烯在导热树脂中的应用，且现有的导热材料不具有快速吸热和储热的功能。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供一种复合材料，包括树脂基体、片状石墨烯粉和三维石墨烯粉，所述三维石墨烯粉中设有微胶囊相变材料。本专利技术在树脂基体内加入片状石墨烯粉和三维石墨烯粉，使片状石墨烯粉和三维石墨烯粉在树脂基体内建立高效的导热通道，使本专利技术中的复合材料具有优异的导热性。由于本专利技术中的三维石墨烯粉末中设有微胶囊相变材料，可以将热量快速消耗并存储在相变材料中，从而使本专利技术中的复合材料具有快速吸热和储热的性能，且将微胶囊相变材料设置在具有多孔结构的三维石墨烯中能有效避免相变材料的外泄对复合材料储热和力学性能的影响，同时在三维石墨烯内设置相变材料有利于三维石墨烯在树脂基体内的稳定分散。片状石墨烯的片层结构及其与三维石墨烯之间较强的作用力，可使片状石墨烯粉和三维石墨烯粉在树脂基体中形成稳定的石墨烯导热通道，有效解决了石墨烯不易在树脂基体中分散的问题。本专利技术中的复合材料生产工艺简单，同时具有高的导热、吸热和储热性能。在本专利技术的一些实施例中，所述微胶囊相变材料是由芯材和壁材组成的核壳结构，所述芯材为相变材料，所述壁材为氧化石墨烯或氧化石墨烯改性的高分子聚合物。在本专利技术中，微胶囊相变材料的壁材设计为氧化石墨烯或氧化石墨烯改性的高分子聚合物可使热量通过散热通道直接传递至相变材料，实现了导热通道与相变材料之间热量的快速传递，从而使本专利技术中的复合材料具有更好的导热、吸热和储热性能。在本专利技术的一些实施例中，所述壁材为氧化石墨烯改性乙烯基硅烷与乙烯基单体的聚合物。在本专利技术中，乙烯基单体聚合物是形成胶囊壁材的主要材料，乙烯基硅烷嵌入胶囊壁材中，通过氧化石墨烯与硅烷上伸出的羟基之间的相互作用力得到氧化石墨烯改性的壁材。在本专利技术的一些实施例中，按质量分数计，所述树脂基体：三维石墨烯：片状石墨烯为100：8～15:1～5。在本专利技术中，通过上述配比设计可使三维石墨烯和片状石墨烯在树脂基体内实现稳定的均匀分散，能有效解决石墨烯在树脂基体中不易分散的问题。在本实施例中，通过上述配比设计形成以三维石墨烯为主，片状石墨烯将三维石墨烯有效地联接起来的导热通道结构，增强复合材料导热通道的热传导能力。三维石墨烯内设置相变材料有利于三维石墨烯在树脂基体内的稳定分散，树脂机体内稳定分散的三维石墨烯对稳定的高效导热通道的形成非常重要，少量的片状石墨烯的片层结构及其与三维石墨烯之间较强的作用力，可将三维石墨烯有效地联接起来，从而能形成稳定的导热通道结构。在本专利技术中，若加入过多的三维石墨烯粉和片状石墨烯粉，其在树脂基体中容易发生团聚，若加入过少的三维石墨烯粉和片状石墨烯粉，其在树脂基体中难以形成高效导热的散热通道。在本专利技术的一些实施例中，所述微胶囊相变材料的粒径为10um～100um，所述三维石墨烯粉的粒径为100um～500um。在本专利技术中，合适的粒径大小有利于三维石墨烯和片状石墨烯在树脂基体内稳定的均匀分散，有利于形成稳定的导热通道结构。在本专利技术的一些实施例中，所述树脂基体为有环氧树脂、机硅树脂、尼龙树脂、聚氨酯树脂、聚碳酸酯树脂、酚醛树脂、氨基树脂、马来酸酐树脂中的一种或多种。在本专利技术的一些实施例中，所述三维石墨烯粉中微胶囊相变材料的质量分数为20％～50％，在三维石墨烯粉中设置适量的微胶囊相变材料有利于石墨烯在树脂基体中的稳定分散，同时可使本专利技术中的复合材料能够快速吸热，具有储热功能。本专利技术还公开一种导热复合材料的制备方法，包括如下步骤：S1制备氧化石墨烯溶液：将一定量的氧化石墨烯溶于水中，超声得到氧化石墨烯溶液；S2制备微胶囊相变材料：(a)将相变材料加入到氧化石墨烯溶液中，在高于相变材料熔点的温度下加热，得到氧化石墨烯包裹相变材料的稳定Pickering乳液，调节PH值为2～3使氧化石墨烯完全包覆住相变材料乳滴，冷却干燥后得到氧化石墨烯为壁材的相变材料；或(b)将相变材料、乙烯基单体、乙烯基硅烷、引发剂按预设配比加入反应器中形成油相，再将一定量的氧化石墨烯溶液、乙醇和乳化剂加入上述油相中，超声得到细乳液，细乳液中油相分散于水相中形成纳米级的液滴，然后向细乳液中通入氮气，在碱性催化剂下反应得到氧化石墨烯改性的高分子聚合物为壁材的微胶囊相变材料，经清洗干燥后得到相变材料；S3制备三维石墨烯粉：将微胶囊相变材料加入氧化石墨烯溶液中，调节体系PH值为10～12，加热使石墨烯发生自组装反应制备得到三维石墨烯水凝胶，清洗干燥后粉碎，得到三维石墨烯粉；S4制备导热复合材料：将预设配比的树脂基体、三维石墨烯粉和片状石墨烯粉混合均匀，一定条件下使上述混合物固化即得到本专利技术中的导热复合材料。在本专利技术的一些实施例中，所述步骤S3中还可以对三维石墨烯粉进行表面处理，从而使三维石墨烯粉在树脂基体中具有更好的分散性。在本专利技术的一些实施例中，所述微胶囊相变材料是由芯材和壁材组成的核壳结构，所述芯材为相变材料，所述壁材为氧化石墨烯或氧化石墨烯改性的高分子聚合物。在本专利技术中，微胶囊相变材料的壁材设计为氧化石墨烯或氧化石墨烯改性的高分子聚合物可使热量通过散热通道直接传递至相变材料，实现了导热通道与相变微胶囊之间热量的快速传递，从而使本专利技术中的复合材料具有更好的导热、吸热和储热性能。在本专利技术的一些实施例中，所述壁材为氧化石墨烯改性乙烯基硅烷与乙烯基单体的聚合物。在本专利技术中，乙烯基单体聚合物是形成胶囊壁材的主要材料，乙烯基硅烷嵌入胶囊壁材中，通过氧化石墨烯与硅烷上伸出的羟基之间的相互作用力得到氧化石墨烯改性的壁材。在本专利技术的一些实施例中，按质量分数计，所述树脂基体：三维石墨烯：片状石墨烯为100：8～15:1～5。在本专利技术中，合适的配比的三维石墨烯和片状石墨烯有利于其在树脂基体内实现稳定的均匀分散，能有效解决石墨烯在树脂基体中不易分散的问题。在本实施例中，通过上述配比设计形成以三维石墨烯为主，片状石墨烯将三维石墨烯有效地联接起来的导热通道结构，增强复合材料导热通道的热传导能力。三维石墨烯内设置相变材料有利于三维石墨烯在树脂基体内的稳定分散，树脂机体内稳定分散的三维石墨烯对稳定的高效导热通道的形成非常重要，少量的片状石墨烯的片层结构及其与三维石墨烯之本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种导热复合材料，其特征在于，所述导热复合材料包括树脂基体、片状石墨烯粉和三维石墨烯粉，所述三维石墨烯粉中设有微胶囊相变材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种导热复合材料，其特征在于，所述导热复合材料包括树脂基体、片状石墨烯粉和三维石墨烯粉，所述三维石墨烯粉中设有微胶囊相变材料。


2.如权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述微胶囊相变材料是由芯材和壁材组成的核壳结构，所述芯材为相变材料，所述壁材为氧化石墨烯或氧化石墨烯改性的高分子聚合物。


3.如权利要求2所述的复合材料，其特征在于，所述壁材为氧化石墨烯改性乙烯基硅烷与乙烯基单体的聚合物。


4.如权利要求1所述的复合材料，其特征在于，按质量分数计，所述树脂基体：三维石墨烯：片状石墨烯为100：8～15:1～5。


5.如权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述微胶囊相变材料的粒径为10um～100um，所述三维石墨烯粉的粒径为100um～500um。


6.如权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述三维石墨烯粉中微胶囊相变材料的质量分数为20％～50％。


7.一种导热复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
S1制备氧化石墨烯溶液：将一定量的氧化石墨烯溶于水中，超声得到氧化石墨烯溶液；
S2制备微胶囊相变材料：(a)将相变材料加入到氧化石墨烯溶液中，在高于相变材料熔点的温度下加热，得到氧化石墨烯包裹相变材料的稳定Pickering乳液，调...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘若鹏，赵治亚，苏冬，
申请(专利权)人：深圳光启岗达创新科技有限公司，深圳光启高等理工研究院，深圳光启尖端技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：广东;44