[发明专利]一种高导热高强度的聚酰亚胺石墨膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种高导热高强度的聚酰亚胺石墨膜制备方法，包括：在有机溶剂中加入氧化石墨烯超声分散，然后加入芳香二胺搅拌并加热反应，得到石墨烯/二胺溶液；在氮气保护下，按二酐和二胺的摩尔比为1：1，将芳香族二酐分批加入到石墨烯/二胺溶液中进行反应，得石墨烯/聚酰胺酸溶液；降至‑20～0℃后，加入亚胺化脱水剂和催化剂搅拌均匀得到树脂溶液；将树脂溶液流延到不锈钢板上，干燥、亚胺化、热定型得到石墨烯/PI膜；在炭化炉中氩气气氛下热处理后再热压炉中进行2200～2800℃的高温石墨化处理，制得高导热高强度的聚酰亚胺石墨膜。本发明使用原位聚合的方法将石墨烯可进入PI膜结构单元中，在提高薄膜的强度以及耐热性。

技术领域

本发明涉及薄膜技术领域，具体涉及一种高导热高强度的聚酰亚胺石墨膜的制备方法。

背景技术

聚酰亚胺是高分子主链上含有酰亚胺环的一类化学结构高度规整的刚性链聚合物，它特殊的酰亚胺环结构使其具有优异的热稳定、机械、介电、力学、耐辐射以及耐溶剂等性能，被广泛用于汽车工业、航空航天的耐高温零部件以及印制电路材料等。

随着科学技术的不断发展，散热问题已成为许多领域发展的关键。传统的高导热材料主要是金属材料，如银、铜、铝，其热导率分别为：430W/m·K、400W/m·K、238W/m·K，但它们已经不能满足现代工业的发展。而人造石墨材料的导热率达1000W/m·K，因其良好的导热性而受到越来越多的关注。

聚酰亚胺膜经过高温热处理后，可使大部分氢、氧、氮等挥发，由乱层结构转化成具有层状多晶的石墨结构，即转变为石墨膜，导热率可由0.16W/m·K提高到1000W/m·K以上。同时聚酰亚胺石墨膜具有高结晶度、高导电性和低摩擦的性能，可应用在电子、通信、照明、航空及国防军工等许多领域。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种高导热高强度的聚酰亚胺石墨膜的制备方法。

本发明的技术方案如下：

一种高导热高强度的聚酰亚胺石墨膜制备方法，包括以下步骤：

(1)在有机溶剂中加入氧化石墨烯，超声处理使氧化石墨烯分散均匀，然后加入芳香二胺搅拌并加热反应，使氧化石墨烯与二胺反应形成接枝物，得到石墨烯/二胺溶液；

(2)在氮气保护下，按二酐和二胺的摩尔比为1：1，将芳香族二酐分批加入到石墨烯/二胺溶液中进行反应，得石墨烯/聚酰胺酸溶液；

(3)将反应装置温度降低至-20～0℃后，加入亚胺化脱水剂和催化剂搅拌均匀得到树脂溶液；

(4)将树脂溶液流延到不锈钢板上，干燥得凝胶膜；然后将凝胶膜从不锈钢板上剥离下来，再用金属框架将其固定并放入亚胺炉中进行亚胺化；最后热定型得到石墨烯/PI膜；

(5)将石墨烯/PI膜叠层后，在炭化炉中氩气气氛下热处理；

(6)将炭化后的样品在热压炉中进行2200～2800℃的高温石墨化处理，最终制得高导热高强度的聚酰亚胺石墨膜。

进一步方案，所述步骤(1)中的芳香族二胺为对苯二胺或4,4’-二氨基二苯醚，有机溶剂为N,N’-二甲基乙酰胺或N,N’-二甲基甲酰胺；

所述步骤(1)中的氧化石墨烯的含碳量大于48％，平均厚度小于5nm、平均粒径为10μm；氧化石墨烯的使用量为二胺和二酐总质量的0.5～2％。

进一步方案，所述步骤(1)中的加热反应温度为303100℃，时间为4～24小时。

进一步方案，所述步骤(2)中的芳香族二酐为均苯四甲酸二酐或3,3’,4,4’-联苯四甲酸二酐。