[发明专利]一种制备高散热、高导电和高强度石墨烯聚氨酯硬质闭孔泡沫材料的方法

说明书

本发明涉及一种高散热、高导电和高强度石墨烯聚氨酯硬质闭孔泡沫材料的制备方法，采用表面化学反应工艺降低石墨烯表面张力，使用高速搅拌压缩空气发泡机头将石墨烯聚氨酯原料快速分散均匀并发泡，得到聚氨酯硬质闭孔泡沫材料。本发明原料易得，成本低；制备方法，工艺步骤简单，可操作性强。通过在聚氨酯硬质泡沫中加入改性石墨烯纳米片，有效提高了泡沫的压缩强度、剪切强度和剪切模量，表现出优异的力学性能，同时大幅度提高泡沫的导热系数及导电率，其有望使用在夹心复合材料、抗静电泡沫，电磁屏蔽泡沫等技术领域。

技术领域

本发明涉及聚氨酯夹心泡沫材料技术领域，尤其涉及一种制备高散热、高导电和高强度石墨烯聚氨酯硬质闭孔泡沫材料的方法。

背景技术

石墨烯作为一种二维的纳米材料，具有超高的强度、模量、导热率和导电率，自发现以来，其在超级电容器、电池、柔性屏幕、透明电极、吸波材料等领域已蓬勃发展，在高分子复合材料领域，借助于石墨烯的优异的特性，添加了石墨烯的高分子材料已表现出各种各样的功能。

聚氨酯作为一种优异的橡胶材料，与石墨烯复合后，目前已在聚氨酯泡沫塑料中得到广泛应用。其中聚氨酯夹心泡沫复合材料因为重量轻，比强度高，成型简单，特别对多剖面，多曲度，小间隙的夹层更为适用。使用了聚氨酯夹心泡沫的复合材料克服了铆接工艺的一些弊病，其已在飞机的机头，减速板，辅助进气门上得到了应用。

聚氨酯泡沫的刚度完全来自于泡沫中的孔棱，而泡沫的强度主要与泡沫密度有关，尤其是与孔棱边材料占泡沫材料的比例有关，石墨烯具有超高的强度和模量，添加到聚氨酯中发泡后，能够极大增强泡沫孔棱的强度和模量，进而提高了泡沫材料的压缩强度和剪切强度，其次石墨烯具有高导电、高导热的特性，在泡沫材料中较低的添加量就可以形成导电通路以提高泡沫的导电率或导热系数。由于石墨烯表面张力较大45dyn/cm左右，介于有机溶剂和水之间，气体的表面张力基本为零，发泡过程中气泡稳定性差，容易发生塌泡，增加开孔率，降低泡沫强度。

发明内容

本发明提供了一种制备高散热、高导电和高强度石墨烯聚氨酯硬质闭孔泡沫材料的方法，同时该方法工艺步骤简单，成本低，易于实现大规模生产。

为了实现上述目的，本发明采用表面疏水改性石墨烯实现亲油性和稳定气泡的方法，以下为具体技术方案：

本申请提供了一种制备高散热、高导电和高强度石墨烯聚氨酯硬质闭孔泡沫材料的方法，其特征在于：在泡沫材料中化学表面疏水改性石墨烯纳米片的重量含量超过第一预设比例，所述预设比例为1％～5％中的任一比例。

可选地，所述化学表面疏水改性石墨烯纳米片的制备过程中将石墨烯纳米粉经过2次化学改性，在石墨烯表面形成一层低表面张力的官能团，臭氧氧化在其片状形状的边缘形成环氧、羧基、羟基中的至少一种官能团。

可选地，所述化学表面疏水改性石墨烯纳米片的低张力官能团为烷基，所述烷基的链长超过6个碳；

所述化学表面疏水改性石墨烯纳米片的表面张力不超过22dyn/cm，比表面积范围为50～300m2/g,横向尺寸范围为2～100微米，厚度范围为2～20nm。

可选地，所述化学表面疏水改性石墨烯纳米片的低张力官能团为非直链的烷基以增大石墨烯表面烷基官能团覆盖率；

或者所述化学表面疏水改性石墨烯纳米片的低张力官能团为带有氟官能团的烷基。

可选地，所述化学表面疏水改性石墨烯纳米片的制备过程中，将表面氧化石墨烯经过酯化、醚化、胺化的化学反应将烷基接枝到表面氧化石墨烯的表面，表面氧化石墨烯的氧含量的重量百分比超过第二预设比例，所述第二预设比例范围为5％～8％中的任一比例。

可选地，所述化学表面疏水改性石墨烯的化学改性官能团由全氟烷烃乙基碘在碱性环境下进行表面氧化石墨烯的醚化改性制成，其中，制成过程中的溶剂为四氢呋喃(THF)，反应配比为如下：