石墨烯复合导热垫片、制备方法及模具技术

本发明专利技术提供石墨烯复合导热垫片，包括石墨烯纵向排列的石墨烯导热片和浸入石墨烯导热片的高分子聚合物。所述石墨烯复合导热垫片制备方法包括：将泡沫模板浸渍在氧化石墨烯浆料中；将浸渍有氧化石墨烯浆料的泡沫模板进行横向压缩；对横向压缩条件下的泡沫模板进行干燥处理、碳化处理，获得纵向排列石墨烯导热片；在纵向排列石墨烯导热片中浸入高分子聚合物，获得石墨烯复合导热垫片。本发明专利技术还提供模具。本发明专利技术石墨烯复合导热垫片在纵向上具有高导热性能，提升纵向排列石墨烯的力学强度、压缩性与压缩回弹性，同时避免纵向排列石墨烯导热片在极限压缩条件下的开裂现象。在极限压缩条件下的开裂现象。在极限压缩条件下的开裂现象。

【技术实现步骤摘要】
石墨烯复合导热垫片、制备方法及模具


[0001]本专利技术属于石墨烯材料
，具体涉及石墨烯复合导热垫片、制备方法及模具。

技术介绍

[0002]石墨烯导热膜高导热性能有效解决了电子产品局部温度过高的难点问题，在智能手机、平板电脑等领域取得了规模化的应用。现有的石墨烯导热膜是通过将氧化石墨烯浆料涂布成膜，并经高温处理发泡形成石墨烯泡沫膜，再经压延处理得到。其在横向上具有超高的导热系数，最高可以超过1500W/(m K)，但在纵向上的导热系数却不够理想，一般低于10W/(m K)，这是由于石墨烯在横向上高度取向排列的原因导致的差异。
[0003]对于需要在纵向上获得高导热性能的石墨烯材料，往往需要将横向导热石墨烯膜层层堆叠粘接，再沿着堆叠方向切割得到纵向导热的石墨烯复合片，如专利文献CN113183544A、CN113290958。采用这类方式虽然可以得到纵向导热的石墨烯复合片，但因为在层层叠叠时，会受到石墨烯与高分子粘结剂结合力的影响，以及石墨烯自身内部容易分层的影响，得到的纵向导热石墨烯复合片往往容易开裂。同时，由于需要切割来控制厚度，严重受制于切割精度，以及切割厚度的能力，尤其对于制备超薄(如100微米以下)纵向石墨烯复合片，难以实现。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在问题中的一个或多个，根据本专利技术的一个方面，提供一种石墨烯复合导热垫片的制备方法，包括：
[0005]将泡沫模板浸渍在氧化石墨烯浆料中；
[0006]将浸渍有氧化石墨烯浆料的泡沫模板进行横向压缩；
[0007]对横向压缩条件下的泡沫模板进行干燥处理、碳化处理和石墨化处理，获得纵向排列石墨烯导热片；
[0008]在纵向排列石墨烯导热片中浸入高分子聚合物，固化成型，获得石墨烯复合导热垫片。
[0009]根据本专利技术的第二方面，提供模具，用于对泡沫模板进行横向压缩，所述模具包括外壳和插板，所述外壳具有中空的腔体，所述腔体用于插入所述泡沫模板，所述插板插入所述腔体挤压所述泡沫模板，实现所述泡沫模板的横向压缩。
[0010]可选地，所述外壳和所述插板间隙配合。
[0011]可选地，所述插板的厚度不小于所述泡沫模板的厚度。
[0012]可选地，所述外壳至少一个面上设置有多个通孔。
[0013]可选地，所述通孔的尺寸为0.1
‑
2mm，优选为0.2
‑
0.5mm。
[0014]可选地，所述模具的材质为石墨、金属钨、碳化硅，优选为石墨。
[0015]根据本专利技术的第三方面，提供一种利用上述模具制备石墨烯复合导热垫片的方
法，包括：
[0016]将泡沫模板浸渍在氧化石墨烯浆料中；
[0017]将浸渍有氧化石墨烯浆料的泡沫模板插入模具的腔体；
[0018]通过插板对所述泡沫模板进行横向压缩；
[0019]对横向压缩条件下的泡沫模板进行干燥处理、碳化处理和石墨化处理，获得纵向排列石墨烯导热片；
[0020]在纵向排列石墨烯导热片中浸入高分子聚合物，固化成型，获得石墨烯复合导热垫片。
[0021]根据本专利技术的第四方面，提供一种利用上述模具制备石墨烯复合导热垫片的方法，包括：
[0022]将泡沫模板插入模具的腔体中；
[0023]将插入泡沫模板的模具浸渍在氧化石墨烯浆料中；
[0024]从石墨烯浆料中取出模具，通过插板对浸渍有石墨烯浆料的泡沫模板进行横向压缩；
[0025]对横向压缩条件下的泡沫模板进行干燥处理、碳化处理和石墨化处理，获得纵向排列石墨烯片；
[0026]在纵向排列石墨烯导热片中浸入高分子聚合物，固化成型，获得石墨烯复合导热垫片。
[0027]根据本专利技术的第五方面，提供一种石墨烯复合导热垫片，包括石墨烯导热片和浸入石墨烯导热片的高分子聚合物，所述石墨烯导热片中的石墨烯沿着纵向排列。
[0028]本专利技术采用泡沫作为模板，将氧化石墨烯浆料浸渍于泡沫模板中，由于泡沫模板在横向受压时发生形变，其内部各向同性的孔隙结构转变为沿着竖直方向薄薄的孔隙，氧化石墨烯随着孔隙发生形变，跟随其沿着纵向进行排列，再经过干燥、碳化、石墨化等一系列热处理后，形成纵向排列的石墨烯，而泡沫模板经过碳化后，孔壁碳化为碳质纤维的网状结构，起到增强纵向排列石墨烯的作用，使之结构与力学性能更为稳定，由于泡沫模板本身就是多孔结构，其高分子的含量较低，形成的碳质纤维的网状结构含量更低，对最终石墨烯的导热导电等方面的性能影响可以忽略。
[0029]在上述各方面中，所述泡沫模板为PU、EPS、PE、PP、XPS、EVA、TPE和TPU中的至少一种。
[0030]在上述各方面中，所述泡沫模板的厚度不小于0.05mm，优选为0.1
‑
10mm；或/和
[0031]所述泡沫模板的孔隙率不小于80％，优选地，所述泡沫模板的孔隙率不小于95％；或/和
[0032]所述泡沫模板的孔径为0.1
‑
2mm，优选地，所述泡沫模板的孔径为0.2
‑
0.5mm。
[0033]在上述各方面中，所述氧化石墨烯浆料中氧化石墨烯固含量为1wt.％
‑
10wt.％。
[0034]可选地，所述氧化石墨烯固含量为4wt.％
‑
6wt.％。
[0035]在上述各方面中，所述氧化石墨烯浆料的制备方法包括：将氧化石墨烯滤饼分散于溶剂中，所述溶剂为水、乙醇、甲醇、NMP和DMF中的至少一种。
[0036]在上述各方面中，所述泡沫模板横向压缩比例为大于等于80％，优选为85％
‑
95％。通过控制插板插入模具腔体的深度来控制对泡沫模板的横向压缩比例。
[0037]在上述各方面中，所述干燥处理的温度为60
‑
120℃或常温；或/和
[0038]所述碳化处理的温度为300
‑
1500℃，优选为600
‑
1200℃；或/和
[0039]所述碳化处理的时间为2
‑
72h，优选为12
‑
24h；或/和
[0040]所述石墨化处理的温度为2400
‑
3200℃，优选为2800
‑
3000℃；或/和
[0041]所述石墨化处理的时间为2
‑
72h，优选为6
‑
12h；或/和
[0042]所述高分子聚合物的浸入方式是真空浸渍、常压浸渍、高压浸渍、表面刮涂中的至少一种；优选地，真空浸渍的真空度大于等于0.095MPa，进一步优选为0.095～0.099MPa；优选地，高压浸渍的压力大于等于0.5MPa，进一步优选为1～10MPa；优选地所述固化的温度为60～150℃或常温。
[0043]在上述各方面中，所述石墨烯导热片的导热系数大于等于100W/(m K)，优选本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯复合导热垫片的制备方法，其特征在于，包括：将泡沫模板浸渍在氧化石墨烯浆料中；将浸渍有氧化石墨烯浆料的泡沫模板进行横向压缩；对横向压缩条件下的泡沫模板进行干燥处理、碳化处理和石墨化处理，获得纵向排列石墨烯导热片；在纵向排列石墨烯导热片中浸入高分子聚合物，固化成型，获得石墨烯复合导热垫片。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述泡沫模板为PU、EPS、PE、PP、XPS、EVA、TPE和TPU中的至少一种。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述泡沫模板的厚度不小于0.05mm，优选为0.1
‑
10mm；或/和所述泡沫模板的孔隙率不小于80％，优选地，所述泡沫模板的孔隙率不小于95％；或/和所述泡沫模板的孔径为0.1
‑
2mm，优选地，所述泡沫模板的孔径为0.2
‑
0.5mm。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述氧化石墨烯浆料中氧化石墨烯固含量为1wt.％
‑
10wt.％，优选地，所述氧化石墨烯固含量为4wt.％
‑
6wt.％；优选地，所述氧化石墨烯浆料的制备方法包括：将氧化石墨烯滤饼分散于溶剂中，所述溶剂为水、乙醇、甲醇、NMP和DMF中的至少一种。5.一种模具，其特征在于，用于对泡沫模板进行横向压缩，所述模具包括外壳和插板，所述外壳具有中空的腔体，所述腔体用于插入所述泡沫模板，所述插板插入所述腔体挤压所述泡沫模板，实现所述泡沫模板的横向压缩；优选地，所述外壳和所述插板间隙配合；优选地，所述插板的厚度不小于所述泡沫模板的厚度；优选地，所述外壳至少一个面上设置有多个通孔，进一步优选地，所述通孔的尺寸为0.1
‑
2mm，更进一步优选为0.2
‑
0.5mm；优选地，所述模具的材质为石墨、金属钨、碳化硅，进一步优选为石墨。6.根据权利要求5所述的模具制备石墨烯复合导热垫片的方法，其特征在于，包括：将泡沫模板浸渍在氧化石墨烯浆料中；将浸渍有氧化石墨烯浆料的泡沫模板插入模具的腔体；通过插板对所述泡沫模板进行横向压缩；对横向压缩条件下的泡沫模板进行干燥处理、碳化处理和石墨化处理，获得纵向排列石墨烯导热片；在纵向排列石墨烯导热片中浸入高分子聚合物，固化成型，获得石墨烯复合导热垫片；优选地，所述泡沫模板横向压缩比例为大于等于80％，进一步优选为85％
‑
95％。7.根据权利要求5所述的模具制备石墨烯复合导热垫片的方...

【专利技术属性】
技术研发人员：葛翔，张鹏，李壮，石燕军，史云凯，
申请(专利权)人：常州富烯科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：