[发明专利]聚苯乙烯基高导热复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种聚苯乙烯基高导热复合材料及其制备方法，聚苯乙烯基高导热复合材料主要由石墨烯纳米片和聚苯乙烯复合而成，石墨烯纳米片和聚苯乙烯的混合质量比为1：（10‑100）。该方法包括以下步骤：将通过液相剥离合成的石墨烯纳米片(GNP)和聚苯乙烯(PS)分别在室温下溶解在N,N‑二甲基甲酰胺(DMF)中，得到PS/DMF和GNP/DMF溶液，之后将两种溶液混合并继续搅拌至少30分钟，继续搅拌直到溶剂挥发完全。最后将得到的PS/GNP复合材料经过热压成型得到圆形的高导热聚苯乙烯复合材料。

技术领域

本发明涉及一种树脂基复合材料及其制备方法，特别是涉及一种高分子树脂基纳米复合材料及其制备方法，应用于导热高分子复合材料技术领域。

背景技术

随着电子元器件和半导体工业的快速发展发展，特别是随着微电子器件的小型化和功率的不断地增加，电子元器件的散热问题变成了阻碍技术进步的一大瓶颈，人们希望获得具有良好导热性能的材料以满足实际散热需要。与传统的铝制散热器相比，导热高分子材料具有许多优势：

1.重量轻，高分子材料密度不到金属铝的一半，如高分子材料密度1.076g·cm^-1，而金属铝的密度为2.79 g·cm^-1；

2.加工方便，一次成型不用二次加工；

3.可以制作结构复杂的组件，提高设计自由度；

4.环保，可再生等。

二维材料石墨烯（Graphene），由于其优良的机械性能，超高的导热系数，被视为研发新一代导热高分子复合材料的关键。因此，新一代高导热的热塑性复合材料有望取代金属材料做散热器材料，但目前制备的热塑性复合材料通常需要加热融化等能耗高的操作，制备工艺较为复杂，成本较高，所制备的热塑性复合材料的导热性能还不够理想。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种聚苯乙烯基高导热复合材料及其制备方法，采用石墨烯纳米片作为复合材料的导热添加剂，通过溶液共混的方式，将石墨烯纳米片和聚苯乙烯基体复合在一起，制备石墨烯纳米片-聚苯乙烯高导热纳米复合材料，具有石墨烯添加量低，导热率高的特点，并且具备良好的力学性能与加工性能。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种聚苯乙烯基高导热复合材料，其特征在于，其导热率为0.3-1.7w·m^-1·k^-1.，其主要由石墨烯纳米片和聚苯乙烯复合而成，且其中的石墨烯纳米片和聚苯乙烯的混合质量比为1：（10-100）；作为复合材料的掺杂材料的石墨烯纳米片的层数少于10层，平均厚度不大于3nm，平均尺寸为1-5μm；作为复合材料的基体材料的聚苯乙烯的平均分子量不低于192000g/mol，聚苯乙烯的密度不低于1.076g/mol。

上述石墨烯纳米片和聚苯乙烯的混合质量比优选为1：（10-20）。

上述石墨烯纳米片和聚苯乙烯的混合质量比进一步优选为1：（10-12.5）。

一种本发明聚苯乙烯基高导热复合材料的制备方法，由石墨烯纳米片、聚苯乙烯和DMF溶剂进行原料均匀混合，通过使石墨烯纳米片和聚苯乙烯在DMF溶剂中进行分散，然后进行溶液共混，最后通过热压得到所需形状的聚苯乙烯高导热复合材料；在进行原料均匀混合时，石墨烯纳米片和聚苯乙烯的混合质量比为1：（10-100），作为溶剂的DMF为N,N-二甲基甲酰胺，DMF溶剂的化学纯度不低于99.99 wt%.，石墨烯纳米片和DMF溶剂的混合质量与体积比为1:（10-26）mg/ml；作为复合材料的掺杂材料的石墨烯纳米片的层数少于10层，平均厚度不大于3nm，平均尺寸为1-5μm；作为复合材料的基体材料的聚苯乙烯的平均分子量不低于192000g/mol，聚苯乙烯的密度不低于1.076g/mol。