[发明专利]定向高导热石墨烯-全氟烷氧基树脂复合材料及制备方法

说明书

一种定向高导热石墨烯‑全氟烷氧基树脂复合材料及制备方法。所述复合材料通过溶液混合、磁力搅拌、真空干燥、热压烧结的方式，形成石墨烯片在聚合物中定向排布。其热导率在平行于X‑Y方向(平行于石墨烯排布)与垂直于X‑Y方向(垂直于石墨烯排布)均较原聚合物基材热导率显著提高；其中X‑Y方向为热压时垂直于模具压棒方向的复合材料表面。当石墨烯质量分数为30％时，两个方向热导率分别可达25.57W/(m·K)和6.92W/(m·K)。平行于X‑Y方向的热导率达到了垂直于X‑Y方向热导率的～4倍，也是原聚合物基材全氟烷氧基树脂(PFA)热导率的约100倍。本发明复合材料具有相当高的热导率和良好的热稳定性。所述制备方法简单易行、成本低廉，适宜大规模推广应用于热界面材料等多个领域。

技术领域

本发明涉及导热材料领域，具体地涉及一种定向的高导热石墨烯-全氟烷氧基树脂(PFA)复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，现代电子设备不断更新换代，产生了小型化，便捷化，信息流更多、更快等特点，导致其功率密度急剧上升。高效散热已成为制约现代电子设备性能、可靠性和进一步发展的关键因素。因此，高导热材料成为解决电子器件散热，芯片热管理部分最为重要的研究方向。

为保证电子元器件长时间高可靠地正常工作，必须限制其工作温度的不断升高，因此散热能力成为影响其使用寿命的重要因素。而电子设备的正常运行还需要材料满足耐腐蚀，低导电等基本要求。高分子绝缘材料独特的结构和易改性、易加工的特点，使其具有其它材料不可比拟、不可取代的优异性能，从而广泛用于科学技术、国防建设和国民经济各个领域，并己成为现代社会生活中衣食住行用各个方面不可缺少的材料。但是一般高分子材料都是热的不良导体，其导热系数一般都低于0.5W/(m·K)。

因此，本领域急需开发一种沿特定方向具有更高导热，整体上能够更好提升电子元器件导热效果的新型热界面材料。同时，考虑到大规模生产的市场要求，该种材料的制备方法需要更为简便。

发明内容

本发明旨在提供一种定向高导热的石墨烯-全氟烷氧基树脂(PFA)复合材料及其制备方法和应用。主要方法是溶液共混和热压烧结，最终可以获得平行于X-Y方向(石墨烯取向方向)的热导率达到25.57W/(m·K)的复合材料。

一种定向高导热石墨烯-全氟烷氧基树脂复合材料，其特征在于石墨烯填料通过热压手段在聚合物基材中形成定向平行排列的结构，其热导率在平行于X-Y方向与垂直于X-Y方向分别达到25.57W/(m·K)和6.92W/(m·K)；平行于X-Y方向的热导率达到了垂直于X-Y方向热导率的约4倍，也是原聚合物基材全氟烷氧基树脂(PFA)热导率的约100倍；其中X-Y方向为热压时垂直于模具压棒方向的复合材料表面。

进一步地，所述石墨烯均匀分布在全氟烷氧基树脂(PFA)基材之中。

进一步地，所述复合材料具有选自下组的一个或多个特征：

(1)所述复合材料的密度为2.1～2.3g/cm³；

(2)所述复合材料的热容为1.19～1.58J/(g·K)；

(3)所述复合材料沿X-Y方向的热扩散系数为0.36～10.12mm²/s；

(4)所述复合材料沿Z方向的热扩散系数为0.26～2.74mm²/s。

如上所述定向高导热石墨烯-全氟烷氧基树脂复合材料的制备方法，其特征在于制备步骤如下：

(1)通过超声将石墨采用液相剥离法分散在无水酒精中，制得石墨烯-酒精分散液；

(2)将全氟烷氧基树脂(PFA)粉末颗粒加入到石墨烯-酒精分散液中，通过调节质量比例制取复合分散液，使得步骤(1)中石墨烯质量占最终复合材料总质量的浓度为1％～40％；