一种高导热碳膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高导热碳膜及其制备方法，属于复合材料制备技术领域。本发明专利技术的高导热碳膜，包括以下质量份数的原料：沥青悬浮液10～80份和高分子溶液10～80份；所述沥青悬浮液，包括以下质量百分比的原料：沥青粉5～80％、分散剂0.5～10％、余量为溶剂；所述高分子溶液，包括以下质量百分比的原料：粘结剂1～20％、增塑剂1～20％、余量为溶剂。本发明专利技术以沥青粉作为石墨膜浆料的初始粉体，添加分散剂、粘结剂、增塑剂等制备出具有流动性的石墨膜浆料前体，经过流延成型制备出沥青膜，经预氧化、碳化以及石墨化处理后制备出高致密、高导热的石墨膜。石墨膜。石墨膜。

【技术实现步骤摘要】
一种高导热碳膜及其制备方法


[0001]本专利技术涉及复合材料制备
，特别是涉及一种高导热碳膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]在当下的信息通讯、电子产品迅猛发展的时代，电子信息产品趋于结构紧凑化、运行高效化。因此，普遍面临发热量高、芯片耐高温性差、散热不充分等问题，大量积累的热量将会严重影响电子器件的正常工作及系统的稳定性。目前国内外研究的散热石墨材料主要有金刚石薄膜、高定向热解石墨、石墨块、天然石墨、中间相沥青基带状碳纤维膜等。与此同时，比金属银、铜热导率还要高的人造石墨膜受到广泛的关注。石墨膜不仅具有轻量、轻质等优势，其优异的导电、导热性能是通讯卫星、电子器件等散热的首选材料。
[0003]柔性石墨膜材料大多是以天然鳞片石墨为原料，进行氧化处理后，异种粒子进入层与层之间形成层间化合物，经过高温膨胀得到高膨胀率的蠕虫状膨胀石墨，再经过压延或压制工艺制得薄膜状石墨材料。目前高导热率石墨导热散热材料的制备方法主要有3种方法，其中化学气相沉积法制备的金刚石膜是良好的绝缘体，但因其制备过程需要高温高压技术，合成成本高，限制了该方法的发展和应用。第二种为高温高压石墨化法，使用天然鳞片石墨或有机高分子(聚酰亚胺)作为原料，通过预熔成型
‑
碳化和高温石墨化制备了材料结构完整，缺陷程度低，碳原子有序度高，导热率高等优势的石墨膜。但因其需要高温高压的环境，生产工艺复杂，能耗高，周期长，导致生产成本高，限制其规模化生产。第三种方法则为流延成型法，利用含碳前驱体或可流动性浆料流延制备出高导热，具有各向异性的石墨膜。该工艺较为简单，无需高压条件，生产成本低，可规模化生产。但该方法采用的主要碳源为聚酰亚胺或天然鳞片石墨等，存在成本高的问题。
[0004]而如何降低石墨膜的生产成本以及能源消耗，提高生产效率，成为本领域技术人员亟需解决的技术问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种高导热碳膜及其制备方法，以解决现有技术中存在的问题，本专利技术采用天然煤系沥青作为初始碳源，引进高分子粘结剂与增塑剂提高浆料的粘结性与流动性，通过对流延成型后沥青膜的预氧化、碳化以及石墨化处理，成功制备出一种具备高导热特性的柔性石墨膜，并且本专利技术工艺简单，生产成本低，利于进行大规模生产。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0007]本专利技术的技术方案之一：一种高导热碳膜，包括以下质量份数的原料：沥青悬浮液10～80份和高分子溶液10～80份；
[0008]所述沥青悬浮液，包括以下质量百分比的原料：沥青粉5～80％、分散剂0.5～10％、余量为溶剂；
[0009]所述高分子溶液，包括以下质量百分比的原料：粘结剂1～20％、增塑剂1～20％、余量为溶剂。
[0010]更进一步地，所述高导热碳膜，包括以下质量份数的原料：沥青悬浮液10～40份和高分子溶液10～40份。
[0011]进一步地，所述溶剂包括N
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甲基吡咯烷酮(NMP)、N，N
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二甲基甲酰胺(DMF)、N，N
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二甲基乙酰胺(DMAc)、苯酚溶剂(对氯苯酚、邻氯苯酚)、N
‑
甲基
‑
吡咯烷酮(NMP)、γ
‑
丁内酯(GBL)和二甘醇二甲醚中的一种或多种；
[0012]所述分散剂包括腐殖酸钠、六偏磷酸钠、三聚磷酸钠、柠檬酸钠、焦磷酸钠、聚烯烃、聚丙烯酸酯和聚乙二醇中的一种或多种。
[0013]更进一步地，所述溶剂还包括甲苯、四氢呋喃、丙酮、甲基乙基酮、甲醇、乙醇和水中的一种或多种。
[0014]进一步地，所述粘结剂包括海藻酸钠、琼脂、阿拉伯胶、槐豆胶、大豆胶、骨胶、明胶、羧甲基淀粉、羟乙基淀粉、氰乙基淀粉、醋酸淀粉、磷酸淀粉、阳离子淀粉、聚合淀粉、聚丙烯酸胺、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚乙烯醇、聚乙二醇、聚氧化乙烯、聚马来酸酐、水性环氧树脂、水性酚醛树脂、水性三聚氰胺甲醛树脂、水性脲醛树脂、水性醇酸树脂和水性聚氨酯树脂中的一种或多种；
[0015]所述增塑剂包括邻苯二甲酸二丁酯(DBP)、邻苯二甲酸二辛酯(DOP)、环氧大豆油、磷酸三甲苯酯、磷酸三苯酯、癸二酸二辛酯和氯化石蜡中的一种或多种。
[0016]本专利技术的技术方案之二：一种上述高导热碳膜的制备方法，包括以下步骤：
[0017](1)将沥青粉、分散剂和溶剂混合，球磨，得到沥青悬浮液；
[0018](2)将粘结剂、增塑剂和溶剂混合，加热处理，得到高分子溶液(具有一定粘附性)；
[0019](3)将沥青悬浮液和高分子溶液混合，球磨，然后进行真空除泡，流延成型，得到沥青薄膜；
[0020]球磨可以获得粘附力较好，有流动性的浆料。
[0021](4)对沥青薄膜施加张力的同时进行预氧化处理，然后在惰性气氛下进行碳化处理，最后在惰性气氛下进行高温石墨化处理，得到所述高导热碳膜(石墨膜)。
[0022]进一步地，步骤(1)中，所述球磨的时间为0.5～6h；步骤(2)中，所述加热为水浴加热，加热的温度为30～50℃，时间为0.5～6h。
[0023]更进一步地，步骤(1)中，所述球磨的时间为1～2h；步骤(2)中，所述加热为水浴加热，加热的温度为30～50℃，时间为0.5～2h。
[0024]进一步地，步骤(3)中，所述球磨的时间为2h；所述真空除泡的真空度为0～10
‑4MPa，时间为0.1～10h。
[0025]更进一步地，步骤(3)中，所述真空除泡的真空度为10
‑2MPa，时间为2h。
[0026]进一步地，步骤(4)中，所述预氧化处理的温度为200～600℃，时间为2～4h；所述碳化处理的温度为800～1500℃，时间为0.5～1.5h。
[0027]更进一步地，步骤(4)中，所述预氧化处理的温度为280～330℃，时间为2～4h；所述碳化处理的温度为950～1000℃，时间为0.5～1.5h。
[0028]进一步地，步骤(4)中，所述高温石墨化处理的温度为2000～2500℃(无需高压)，时间为1～4h。
[0029]更进一步地，步骤(4)中，所述张力为沥青薄膜质量的5～100倍。
[0030]更进一步地，步骤(4)中，所述张力为沥青薄膜质量的10～20倍。
[0031]本专利技术的技术方案之三：一种上述高导热碳膜在电子器件中的应用。
[0032]沥青含碳量较高，可达80％以上，同时沥青的分子结构中含有稠环芳烃等有机物；在加热的条件下会进一步发生缩合反应生成碳的前驱体，可以进一步提高碳产率；同时相对于其他碳源材料，沥青价格低廉，来源广泛。因此，以沥青作为原料制备碳材料具备巨大的前景和优势。
[0033]本专利技术公开了以下技术效果：
[0034](1)本专利技术采用沥青作为碳源，大幅降低生产成本。
[0035](2)本专利技术采用球磨和流延成型工艺制备出沥青薄膜，工艺本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高导热碳膜，其特征在于，包括以下质量份数的原料：沥青悬浮液10～80份和高分子溶液10～80份；所述沥青悬浮液，包括以下质量百分比的原料：沥青粉5～80％、分散剂0.5～10％、余量为溶剂；所述高分子溶液，包括以下质量百分比的原料：粘结剂1～20％、增塑剂1～20％、余量为溶剂。2.根据权利要求1所述的高导热碳膜，其特征在于，所述溶剂包括N
‑
甲基吡咯烷酮、N，N
‑
二甲基甲酰胺、N，N
‑
二甲基乙酰胺、苯酚溶剂、N
‑
甲基
‑
吡咯烷酮、γ
‑
丁内酯和二甘醇二甲醚中的一种或多种；所述分散剂包括腐殖酸钠、六偏磷酸钠、三聚磷酸钠、柠檬酸钠、焦磷酸钠、聚烯烃、聚丙烯酸酯和聚乙二醇中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的高导热碳膜，其特征在于，所述粘结剂包括海藻酸钠、琼脂、阿拉伯胶、槐豆胶、大豆胶、骨胶、明胶、羧甲基淀粉、羟乙基淀粉、氰乙基淀粉、醋酸淀粉、磷酸淀粉、阳离子淀粉、聚合淀粉、聚丙烯酸胺、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚乙烯醇、聚乙二醇、聚氧化乙烯、聚马来酸酐、水性环氧树脂、水性酚醛树脂、水性三聚氰胺甲醛树脂、水性脲醛树脂、水性醇酸树脂和水性聚氨酯树脂中的一种或多种；所述增塑剂包括邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏龙，陈胜绪，郭逸，赵清娇，
申请(专利权)人：富优特山东新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：