一種高導(dǎo)熱人工石墨膜的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種納米新材料的制備方法，特別是一種高導(dǎo)熱石墨膜的制備方法。首先在一定溫度下，將添加酸二酐、二胺化合物以及有機(jī)極性溶劑在反應(yīng)釜中聚合成聚酰胺酸溶液；再將聚酰胺酸溶液與酰亞胺化促進(jìn)劑、脫水劑、封端劑、微波發(fā)熱材料以及納米黑液材料在攪拌釜中進(jìn)行攪拌后，放置于支持體上流延成膜狀，然后在烘箱中加熱烘干，得到聚酰亞胺膜；再將制得的聚酰亞胺膜做為原料，交叉堆疊，碳化以及石墨化，最后制備出高導(dǎo)熱人工石墨膜。本發(fā)明工藝先進(jìn)，制得的石墨膜具有較高的導(dǎo)熱性能和優(yōu)異的抗彎曲性能。
【專利說明】一種高導(dǎo)熱人工石墨膜的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及散熱【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種高導(dǎo)熱人工石墨膜的制備方法。
技術(shù)背景
[0002]隨著微電子集成技術(shù)和高密度印制板組裝技術(shù)的迅速發(fā)展，組裝密度迅速提高，電子元件、邏輯電路體積成千上萬倍地縮小，電子儀器及設(shè)備日益朝輕、薄、短、小的方向發(fā)展。在高頻工作頻率下，半導(dǎo)體工作熱環(huán)境向高溫方向迅速移動，此時，電子元器件產(chǎn)生的熱量迅速積累、增加，在使用環(huán)境溫度下，要使電子元器件仍能高可靠性地正常工作，及時散熱能力成為影響其使用壽命的關(guān)鍵限制因素。為保障元器件運(yùn)行可靠性，需使用高可靠性、高導(dǎo)熱性能等綜合性能優(yōu)異的材料，迅速、及時地將發(fā)熱元件積聚的熱量傳遞給散熱設(shè)備，保障電子設(shè)備正常運(yùn)行。石墨膜材料的制造方案，典型實(shí)施方式，包括有膨脹石墨法，它是通過將天然石墨和濃酸相混合，使其膨脹生成人造石墨，去酸之后高壓壓擠生成石墨膜。需要指出的是，利用這種方法制造的人造石墨膜材料，在導(dǎo)熱性能、導(dǎo)電性能以及強(qiáng)度方面，都不算是很理想。另一典型實(shí)施方式，是選擇有機(jī)的高分子薄膜材料直接進(jìn)行熱處理，進(jìn)行石墨化。在進(jìn)行石墨膜材料制備的過程中，不會混入酸成分等雜質(zhì)，另一方面，所制造的石墨膜材料在耐彎曲性、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性等方面，都有較大的優(yōu)勢。通過高分子薄膜材料進(jìn)行石墨化的過程中，加工的工藝條件會對生成的石墨膜的品質(zhì)，產(chǎn)生較大的影響。在這種情況下，如何選擇更為合適的工藝條件來制備石墨膜材料，是一個重要課題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種高導(dǎo)熱人工石墨膜的制備方法，所述的人工石墨膜具有高導(dǎo)熱性和優(yōu)異的抗彎曲性能。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是，先制備出理想的聚酰亞胺膜，然后進(jìn)行碳化和石墨化，最后壓延制得石墨膜，具體工藝步驟如下:
(1)在溫度40?80°C下，添加20?35g酸二酐和40?75g二胺化合物到盛有有機(jī)極性溶劑的反應(yīng)釜中，攪拌5?30min，混合均勻，聚合完成后制得聚酰胺酸溶液；
(2)將制得的聚酰胺酸溶液與2?5g酰亞胺化促進(jìn)劑、I?5g脫水劑、4?IOg封端劑、5?15g微波發(fā)熱材料以及2?7g納米黑液材料放置于攪拌爸中，攪拌10?40min,攪拌均勻后，放置于支持體上進(jìn)行流延成膜狀，最后在溫度為80?100°C的烘箱中加熱烘干，得到聚酰亞胺膜；
(3)選擇聚酰亞胺膜做為原料，交叉堆疊，放置于碳化爐中在一定的時間內(nèi)升溫至碳化溫度，進(jìn)行碳化，然后將碳化完的材料移至石墨化爐中進(jìn)行石墨化，取出壓延。
[0005]所述酸二酐為苯均四酸二酐、2，3，6，7-萘四羧酸二酐，1，2，5，6_萘四羧酸二酐以及雙酚A 二(苯偏三酸單酯酸酐)中的一種或多種混合物，優(yōu)選苯均四酸二酐。
[0006]所述二胺化合物對苯撐二胺、4，4' - 二氨基二苯基丙烷、1，3_ 二氨基苯以及1，2- 二氨基苯中的一種或多種混合物，優(yōu)選對苯撐二胺。[0007]所述有機(jī)極性溶劑為N，N- 二甲基甲酰胺、N，N- 二甲基乙酰胺以及N-甲基_2_吡咯烷酮，優(yōu)選N，N- 二甲基甲酰胺。
[0008]所述酰亞胺化促進(jìn)劑甲基吡啶、喹啉、異喹啉中的一種，優(yōu)選甲基吡啶。
[0009]所述脫水劑為乙酸酐。
[0010]所述封端劑為PEPA。
[0011 ] 所述微波發(fā)熱材料為氧化鋅與碳化硅組合類吸微波發(fā)熱材料。
[0012]所述納米黑液材料由黑色納米粉體與乙二醇水溶液和分散劑混合而成。
[0013]所述支持體為支持板、PET膜、滾筒以及環(huán)形帶中的一種。
[0014]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，所具備的優(yōu)點(diǎn)是:
(I)所制備的聚酰亞胺膜具備線膨脹系數(shù)小和雙折射大等優(yōu)勢，其做為原料容易制得結(jié)晶性高、密度以及熱擴(kuò)散性優(yōu)良的石墨膜。
[0015](2)將添加微波發(fā)熱材料與納米黑液材料到聚酰亞胺膜中，有利于熱量的吸收轉(zhuǎn)化，更有利于聚酰亞胺的碳化石墨化完全。
[0016](3)制得的人工石墨膜具有高導(dǎo)熱性和優(yōu)異的抗彎曲性能。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)闡述，以使本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征能更易于被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，從而對本發(fā)明的保護(hù)范圍做出更為清楚明確的界定。
實(shí)施例1
在溫度40°C下，添加20g酸二酐和40g 二胺化合物到盛有有機(jī)極性溶劑的反應(yīng)釜中，攪拌5min，混合均勻，聚合完成后制得聚酰胺酸溶液。將制得的聚酰胺酸溶液與2g酰亞胺化促進(jìn)劑、Ig脫水劑、4g封端劑、5g微波發(fā)熱材料以及2g納米黑液材料放置于攪拌釜中，攪拌lOmin，攪拌均勻后，放置于支持體上進(jìn)行流延成膜狀，最后在溫度為80°C的烘箱中加熱烘干，得到聚酰亞胺膜。選擇聚酰亞胺膜做為原料，交叉堆疊，放置于碳化爐中在一定的時間內(nèi)升溫至碳化溫度，進(jìn)行碳化，然后將碳化完的材料移至石墨化爐中進(jìn)行石墨化，取出壓延，制得人工導(dǎo)熱石墨膜，導(dǎo)熱系數(shù)為1870 ff/m.k。
[0018]實(shí)施例2
在溫度60°C下，添加30g酸二酐和50g 二胺化合物到盛有有機(jī)極性溶劑的反應(yīng)釜中，攪拌lOmin，混合均勻，聚合完成后制得聚酰胺酸溶液。將制得的聚酰胺酸溶液與3g酰亞胺化促進(jìn)劑、2g脫水劑、6g封端劑、12g微波發(fā)熱材料以及5g納米黑液材料放置于攪拌釜中，攪拌17min，攪拌均勻后，放置于支持體上進(jìn)行流延成膜狀，最后在溫度為100°C的烘箱中加熱烘干，得到聚酰亞胺膜。選擇聚酰亞胺膜做為原料，交叉堆疊，放置于碳化爐中在一定的時間內(nèi)升溫至碳化溫度，進(jìn)行碳化，然后將碳化完的材料移至石墨化爐中進(jìn)行石墨化，取出壓延，制得人工導(dǎo)熱石墨膜，導(dǎo)熱系數(shù)為1890 ff/m.k。
[0019]實(shí)施例3
在溫度80°C下，添加35g酸二酐和75g 二胺化合物到盛有有機(jī)極性溶劑的反應(yīng)釜中，攪拌30min，混合均勻，聚合完成后制得聚酰胺酸溶液。將制得的聚酰胺酸溶液與5g酰亞胺化促進(jìn)劑、5g脫水劑、IOg封端劑、15g微波發(fā)熱材料以及7g納米黑液材料放置于攪拌釜中，攪拌40min，攪拌均勻后，放置于支持體上進(jìn)行流延成膜狀，最后在溫度為100°C的烘箱中加熱烘干，得到聚酰亞胺膜。選擇聚酰亞胺膜做為原料，交叉堆疊，放置于碳化爐中在一定的時間內(nèi)升溫至碳化溫度，進(jìn)行碳化，然后將碳化完的材料移至石墨化爐中進(jìn)行石墨化，取出壓延，制得人工導(dǎo)熱石墨膜，導(dǎo)熱系數(shù)為1907 ff/m.k。
【權(quán)利要求】
1.一種高導(dǎo)熱石墨膜的制備方法，其特征在于:通過聚合、加熱烘干制得聚酰亞胺膜，再將聚酰亞胺膜進(jìn)行碳化和石墨化，然后壓延制得石墨膜，具體工藝步驟如下: (1)在溫度40?80°C下，添加20?35g酸二酐和40?75g二胺化合物到盛有有機(jī)極性溶劑的反應(yīng)釜中，攪拌5?30min，混合均勻，聚合完成后制得聚酰胺酸溶液； (2)將制得的聚酰胺酸溶液與2?5g酰亞胺化促進(jìn)劑、I?5g脫水劑、4?IOg封端劑、5?15g微波發(fā)熱材料以及2?7g納米黑液材料放置于攪拌爸中，攪拌10?40min,攪拌均勻后，放置于支持體上進(jìn)行流延成膜狀，最后在溫度為80?100°C的烘箱中加熱烘干，得到聚酰亞胺膜； (3)以聚酰亞胺膜為原料，交叉堆疊，放置于碳化爐中在一定的時間內(nèi)升溫至碳化溫度，進(jìn)行碳化，然后再將碳化完的材料移至石墨化爐中進(jìn)行石墨化，取出壓延。
2.如權(quán)利書要求I所述的一種高導(dǎo)熱石墨膜的制備方法，其特征在于:步驟(I)中所述的酸二酐為苯均四酸二酐、2，3，6，7-萘四羧酸二酐，1，2，5，6-萘四羧酸二酐以及雙酚A 二(苯偏三酸單酯酸酐)中的一種或多種混合物。
3.如權(quán)利書要求I所述的一種高導(dǎo)熱石墨膜的制備方法，其特征在于:步驟(I)中所述的二胺化合物，為對苯撐二胺、4，4, - 二氨基二苯基丙烷、I，3- 二氨基苯以及I，2- 二氨基苯中的一種或多種混合物，優(yōu)選對苯撐二胺。
4.如權(quán)利書要求I所述的一種高導(dǎo)熱石墨膜的制備方法，其特征在于:步驟(I)中所述的有機(jī)極性溶劑，為N，N- 二甲基甲酰胺、N, N- 二甲基乙酰胺以及N-甲基-2-吡咯烷酮中的一種。
5.如權(quán)利書要求I所述的一種高導(dǎo)熱石墨膜的制備方法，其特征在于:步驟(2)中所述的酰亞胺化促進(jìn)劑為甲基吡啶、喹啉、異喹啉中的一種。
6.如權(quán)利書要求I所述的一種高導(dǎo)熱石墨膜的制備方法，其特征在于:步驟(2)中所述的脫水劑為乙酸酐或無水硫酸鈉中的一種。
7.如權(quán)利書要求I所述的一種高導(dǎo)熱石墨膜的制備方法，其特征在于:步驟(2)中所述的封端劑為PEPA或烷氧基甲硅烷基化合物中的一種。
8.如權(quán)利書要求I所述的一種高導(dǎo)熱石墨膜的制備方法，其特征在于:步驟(2)中所述的微波發(fā)熱材料為氧化鋅與碳化硅組合類吸微波發(fā)熱材料。
9.如權(quán)利書要求I所述的一種高導(dǎo)熱石墨膜的制備方法，其特征在于:步驟(2)中所述的納米黑液材料由黑色納米粉體與乙二醇水溶液和分散劑混合而成。
10.如權(quán)利書要求I所述的一種高導(dǎo)熱石墨膜的制備方法，其特征在于:步驟(2)中所述的支持體為支持板、PET膜、滾筒以及環(huán)形帶中的一種。
【文檔編號】H05K7/20GK103889196SQ201410143913
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年4月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月11日
【發(fā)明者】王慶, 蔡銅祥, 劉岸春 申請人:江蘇悅達(dá)新材料科技有限公司