[发明专利]石墨烯增强聚碳酸酯导热复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及纳米复合材料高性能化与功能化技术领域，尤其涉及一种石墨烯增强聚碳酸酯导热复合材料及其制备方法。石墨烯增强聚碳酸酯导热复合材料包括以下组分：聚碳酸酯、石墨烯、第二导热填料、石墨烯表面处理剂、改性助剂、加工助剂。采用“一锅法混炼”和“熔融共混”相结合的技术路线，实现了石墨烯充分剥离、均匀分散和导热网络构建，对复合材料的力学性能和导热性能具有显著提升，同时两步法避免了聚碳酸酯多次加工易降解的问题，极大拓展了应用范围；采用与聚碳酸酯具有良好相容性的增韧改性剂，最大程度发挥石墨烯优异力学性能的同时，兼顾韧性与延展性，解决石墨烯改性复合材料力学性能不平衡的缺点。

技术领域

本发明涉及一种导热复合材料，尤其涉及一种石墨烯增强聚碳酸酯导热复合材料及其制备方法。

背景技术

导热塑料以其优异的导热性能在变压器电感、电子元器件散热、特种电缆、电子封装、导热灌封等邻域得到广泛应用。聚碳酸酯是分子链含有碳酸酯基的高分子聚合物，该聚合物典型的硬而韧的热塑性工程塑料，具有良好的机械性能、尺寸稳定性、电绝缘性和耐化学药品性。同时聚碳酸酯分子链刚性大，结晶能力差，具有很高的透明性。聚碳酸酯适用于制造各种高透明、高强度、高尺寸稳定性、质轻产品，比如仪表板、计算机以及电器的壳体、汽车装饰件、LED灯壳、物体箱盖专用料等。石墨烯是一种新型的二维纳米碳材料，仅有一个原子层厚的单层石墨片构成，是已知最薄、最坚硬的纳米材料，石墨烯具有极其优异的性能：极佳的力学性能（杨氏模量达到1TPa），出色的导热性能（热导率能达到5300W m-1 K-1），优异的导电性能（电导率达到108S m-1），极高的透光率（吸光度仅为2.3%）等特性。因此，石墨烯的应用十分广泛，可用于制备导电导热复合材料，高强度复合材料，催化电极材料，气凝胶材料等等。

石墨烯作为导热填料制备聚碳酸酯/石墨烯复合材料，在体系中以类似链状和网状的形态分布，形成导热网络，当导热网络的取向方向与热流方向平行时，就会在很大程度上提高体系的导热性能。以石墨烯为填料的高导热聚碳酸酯复合材料能够弥补传统导热塑料导热性能、机械性能和加工性能无法兼顾的缺点，满足热管理、电子工业中高密度、高集成度组装发展的要求。

现有技术的缺点：

传统导热塑料主要是以高导热的金属或含金属的无机填料进行均匀填充，具有不抗氧化、易腐蚀、寿命短、造价高以及制备工艺复杂的缺点。

传统导热塑料为了追求高的导热性，往往会最大化导热填料的量，而填料的过量导致了材料的机械性能差，同时黏度急剧上升，熔体流动性差，影响注塑加工。

尽管石墨烯具备优异的导热性能，但表面能极大，作为填料加入到聚合物中，由于其片层之间的强共轭相互效应，极易堆积团聚，分散性差，难以形成稳定有效的导热网络。

石墨烯具有极佳的力学性能，作为导热填料可以改善复合材料的力学强度，但会影响复合材料的韧性和延展性，造成复合材料的综合力学性能下降。

聚碳酸酯性能优异，但加工时熔融粘度对剪切率敏感性小，而对温度敏感性大，无明显熔点，熔融体粘度较高，加工流动性小，且在高温下易水解，这些性质严重影响聚碳酸酯注塑制品的尺寸稳定性及表面光洁度。

发明内容

本发明旨在解决上述缺陷，提供一种石墨烯增强聚碳酸酯导热复合材料及其制备方法。

为了克服背景技术中存在的缺陷，目的在于解决传统聚碳酸酯导热复合材料加工性能、导热性能和力学性能不能兼顾的缺点，提供一种可以广泛应用于交通运输、机械工业、电子电气、包装材料、光学材料、医疗材料、生活日用品等领域的高性能导热塑料。本发明利用石墨烯表面官能团修饰技术和高分子链活性基团引入技术，将增强石墨烯和聚碳酸酯的界面相互作用，以及石墨烯在基体中的均匀分散。在塑料基体中均匀分散的石墨烯可以有效构筑导热和增强网络，显著改善聚碳酸酯的加工性能、导热性能和力学性能。该生产工艺清洁高效，便易实施，具有广阔的应用前景。