[发明专利]一种含氮化铝/石墨烯杂化材料的高导热硅橡胶的制备方法

说明书

本发明公开了一种含氮化铝/石墨烯杂化材料的高导热硅橡胶的制备方法，属于高性能高分子材料的制备技术领域。该制备方法包括以下过程：(1)在超声的作用下，改性氮化铝和改性石墨烯进行反应，制备氮化铝/石墨烯杂化材料；(2)将步骤(1)制备的杂化材料、软化剂和防老剂依次加入到硅橡胶中，利用开炼机进行混炼，制备混炼胶；(3)将步骤(2)制备的混炼胶薄通数次，在薄通过程中加入交联剂，薄通出片后经硫化制备硫化胶，即为所述含氮化铝/石墨烯杂化材料的高导热硅橡胶。本发明制备的硅橡胶具有良好的韧性和弹性、优异的导热性，广泛用于采暖、电气、电子、航空等领域中功率器件与散热器之间的固定、抗震填充和粘接，具有显著的经济价值与社会效益。

技术领域

本发明属于高性能高分子材料的制备技术领域，具体涉及一种含氮化铝/石墨烯杂化材料的高导热硅橡胶的制备方法。

技术背景

导热材料广泛应用于航空、航天、电子和电气领域中需要散热和传热的部位。随着工业的发展和科技的进步，人们对导热材料提出了更高的要求，既希望其为电子元器件提供安全可靠的散热途径，又能起到减震的作用。在这方面导热硅橡胶具有特殊的优势，它既具有高弹性和耐热性，又具有一定的导热性。但是未改性硅橡胶的导热系数一般只有0.165W/(m·K)，因此人们通常采用在硅橡胶中添加导热材料，如石墨烯、氧化铝、氮化铝、氮化硼等，提高其导热性。史智慧等(史智慧，李莹，闫璐，曹韫真；无机材料学报，2017，32(9)：955-960)利用具有优异导热性的石墨烯作为填料，将石墨烯分散液冷冻干燥后与银粉共同添加到硅橡胶中，制备导热硅橡胶。当石墨烯的体积含量为3％时，硅橡胶的导热系数由未添加石墨烯时的4.900W/(m·K)提高到12.367W/(m·K)。这种方法中银粉和石墨烯的用量较大，成本太高，无法大规模工业化生产。近年来，为了改善复合材料的热学性能，填料的混杂作用越来越大。中国发明专利201310629967.1中，以石墨烯和Al₂O₃为导热填料，制备石墨烯/Al₂O₃/硅橡胶复合材料，与硅橡胶为0.16W/(m·K)的导热系数相比，该复合材料的导热系数达到1.49W/(m·K)。在这种方法中，石墨烯和Al₂O₃未经处理，在硅橡胶中的用量较多，且它们与硅橡胶的相容性很差。中国发明专利CN 104327515 A中，以改性的石墨烯和表面改性的无机粒子作为硅橡胶的改性材料，制备的硅橡胶在40℃时的导热系数为4.98W/(m·K)，在该方法中，石墨烯和无机粒子作为两个独立的导热网络，没有实现两者的协同作用，不能充分发挥两种材料的最大优势。通常为了使硅橡胶的导热系数达到1.5W/(m·K)，导热填料的添加比例高达50～70wt％。高比例的导热填料虽然可以提高硅橡胶的导热系数，但是却导致其力学性能变差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含氮化铝/石墨烯杂化材料的高导热硅橡胶的制备方法。本发明首先将3-氨基丙基三乙氧基硅烷改性氮化铝和环氧丙基3-三甲氧基硅基丙醚改性石墨烯进行化学反应，制备氮化铝/石墨烯杂化材料，再将该杂化材料作为导热填料添加到硅橡胶中，制备具有良好韧性和弹性、优异导热性的硅橡胶。

为实现上述目的，本发明的制备方法包括以下步骤：

(1)在超声的作用下，改性氮化铝和改性石墨烯进行反应，制备氮化铝/石墨烯杂化材料；

(2)将步骤(1)制备的杂化材料、软化剂和防老剂依次加入到硅橡胶中，利用开炼机进行混炼，制备混炼胶；

(3)将步骤(2)制备的混炼胶薄通数次，在薄通过程中加入交联剂，薄通出片后经硫化制备硫化胶，即为所述含氮化铝/石墨烯杂化材料的高导热硅橡胶。

更具体的步骤如下：