CN102786800A

CN102786800A - 石墨烯纳米片/尼龙66高导热复合材料的制备方法

Info

Publication number: CN102786800A
Application number: CN2012102698803A
Authority: CN
Inventors: 张建滨; 阎兴斌; 程永亮; 陈江涛
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-08-01
Filing date: 2012-08-01
Publication date: 2012-11-21

Abstract

本发明公开了一种石墨烯纳米片/尼龙66高导热复合材料的制备方法，该高导热复合材料通过以下简单方法制得，将一定质量的由天然石墨球磨后得到的石墨烯纳米片与尼龙66和硅烷偶联剂KH550经球磨混合均匀后形成高导热复合材料粉末，然后将所得复合材料粉末在220～280℃、10～20MPa条件下热压4～10min便可得到高导热复合材料。本发明提供的高导热复合材料导热性能优异、制备工艺简单、成本低廉。

Description

石墨烯纳米片/尼龙66高导热复合材料的制备方法

技术领域

本发明涉及一种基于球磨石墨烯纳米片/尼龙66高导热复合材料的制备方法。

背景技术

散热器在LED照明器件中起着至关重要的作用，它直接决定LED光源的性能和使用寿命。传统的散热器材料通常为铝合金或者铜，新一代高导热的热塑性复合材料有望取代金属材料，作为LED散热器材料。

高分子材料具有轻质、耐化学腐蚀、易加工成型、电绝缘性能优异、力学及抗疲劳性能优良特点。然而，高分子材料本身的结构特点决定了绝大多数高分子材料为热的绝缘体，从而限制了高分子材料在导热材料领域中的应用。采用高导热填料对高分子进行改性是提高高分子材料热导率的有效途径。而目前常用作导热填料的Si₃N₄、SiC、AlN和BN等因其本身的热导率较低，决定了只有在高添加量下才能取到较高的导热系数，而这必然会降低高分子材料本身的其它性能。

石墨烯作为一种新型的二维碳纳米材料，具有极好的电导率和热导率、高的比表面积和杨氏模量等优异性质。理论研究表明，单层石墨烯的室温导热系数为4840～5300W·(m·K)^-1，是目前导热系数最高的材料。这些独特的性质使得石墨烯可以作为一种新型的纳米导热填料，从而使聚合物的导热性能得到很大的提高。已有研究表明，添加石墨烯(纳米片)可明显提高高分子基体材料的热导率。然而报道中所采用的石墨烯(纳米片)大多是通过还原氧化石墨烯或膨胀石墨层间化合物而得到，在这些导热填料的制备过程中需使用大量的有毒有害及强腐蚀性的化学样品，如浓H₂SO₄、浓HNO₃等，这些化学试剂的使用易造成环境污染，且上述导热填料的生产工艺复杂、周期过长。

发明内容

为了解决已有技术所存在的问题，本发明所用导热填料在传统导热填料基础上进行创新，使用了球磨石墨后所得到的石墨烯纳米片为导热填料。由于其独特的二维片层结构，此石墨烯纳米片相对于石墨更易在聚合物基体中形成导热网络，且其制备过程简单、价格远比石墨烯便宜。在制备过程中也无需采用目前化学法制备石墨烯(纳米片)所用的有毒有害化学试剂。

本发明提供的主要利用石墨烯纳米片作为填料的高导热复合材料的制备方法，具有如下步骤：

(1)将石墨粉与WC球加入到球磨罐中，加入一定量的无水乙醇作为球磨介质，密闭后以400～800转/min的转速球磨4～8h后，经烘干处理后便可得到石墨烯纳米片；

(2)将球磨后得到的石墨烯纳米片、尼龙66及硅烷偶联剂加入到球磨罐中，并加入一定量的无水乙醇作为球磨介质。将球磨罐封闭后以400～600转/min的速度球磨1～2h后进行干燥处理即可得到高导热复合材料原料。

同现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、本发明提供的高导热填料具有纳米级的片层结构，不仅具有优良的导热性能，且其独特的二维片层结构使其在尼龙66基体中容易形成导热网络，在低的填充条件下就可达到较高的导热性能。

2、本发明提供的导热填料的制备工艺简单，成本低廉，实验过程中无须采用浓H₂SO₄、浓HNO₃等有毒有害及强腐蚀性的化学药品和繁琐的后续处理过程。

3、本发明提供的高导热复合材料可采用常规的共混方法制得，无需苛刻的合成条件，制备工艺简单。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单地的介绍。

图1为本发明实施例中球磨后所得石墨烯纳米片不同放大倍数的扫描电子显微镜照片：(a)低倍数(10000倍)，(b)高倍数(80000倍)。

图2为本发明实施例中热压用模具的立体分解结构示意图。

图3用于导热系数测试用样品的立体外形示意图。

具体实施方式

为了更好的理解本发明，下面对本发明做进一步地描述。

石墨烯纳米片的制备：将1.0～3.0g石墨粉加入到球磨罐中，加入4～8mL无水乙醇作为球磨介质，WC球为研磨球，将球磨罐密闭后以400～800转/min的转速球磨4～8h后，打开球磨罐，将样品经烘干处理后即可得到石墨烯纳米片。

石墨烯纳米片/尼龙66高导热复合材料的制备：将干燥后的石墨烯纳米片和尼龙66按不同的质量比(4∶6～6∶4)加入到球磨罐中，添加4mL～10mL无水乙醇和20μL～50μL硅烷偶联剂(KH550)分别作为球磨介质和表面改性剂，WC球作为研磨球，将球磨罐密闭后以400～800转/min的转速球磨1～2h后，打开球磨罐，将球磨后得到的复合材料粉末在40℃～80℃下进行干燥处理。

将经干燥处理后的混合粉末放入中间带有直径12.7mm圆孔11的不锈钢模板1中(模具尺寸为90mm×90nm×2mm，参见图2)，上下两面盖上不锈钢钢片2和3，然后在220～280℃、10MPa～20MPa压力下热压4～10min即可得到高导热复合材料块状成品。

由图1中我们观察到经球磨处理后得到的石墨烯纳米片的厚度主要集中在10nm以下。

导热系数的测定：采用德国耐驰仪器制造有限公司的激光导热系数仪(NETZSCH LFA447)测定样品的热导率。测试前，在样品表面喷涂一层石墨以减少样品对激光的散射，每个温度点重复测量三次，取其平均值作为最终结果。

表1不同石墨烯纳米片含量的复合导热材料的热物理性能

Claims

1.一种石墨烯纳米片/尼龙66高导热复合材料的制备方法，其特征在于，如下步骤：

步骤a)将石墨在无水乙醇介质中球磨得到石墨烯纳米片；

步骤b)将球磨后得到的石墨烯纳米片与尼龙66和硅烷偶联剂KH550按一定比例进行混合得到高导热复合材料粉末。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤a)的球磨速度为400～800转/min。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤a)的球磨时间为4～8h。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤b)中石墨烯纳米片的质量分数为30～60％。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤b)的球磨速度为300～600转/min。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤b)的球磨时间为1～2h。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所用的研磨球为WC球，直径为10mm。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所用的研磨罐的材质为WC，体积为80ml。