一種高導(dǎo)熱石墨材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于導(dǎo)熱材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高導(dǎo)熱石墨材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，散熱問題成為許多領(lǐng)域發(fā)展的關(guān)鍵。高功率密度電子 器件和高端電子工業(yè)器件等逐漸向小型化、結(jié)構(gòu)緊湊化、高功率密度化發(fā)展，由此引發(fā)了散 熱問題對器件的工作穩(wěn)定性和可靠性提出嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，從而對其運(yùn)行過程中產(chǎn)生的熱量強(qiáng) 化導(dǎo)出與放散提出了更高的要求，因此迫切需要質(zhì)量輕、導(dǎo)熱率高的散熱材料。
[0003] 傳統(tǒng)的金屬(鋁、銅)散熱件由于其本身密度較大、熱膨脹系數(shù)較高、材料不純導(dǎo)致 其導(dǎo)熱率會大幅度下降等局限性，已經(jīng)很難滿足散熱需求。高導(dǎo)熱石墨材料的研發(fā)成功為 高功率電子器件散熱問題的解決提供了最有效的途徑。由于該類材料質(zhì)量輕、導(dǎo)熱率高、耐 腐蝕、熱膨脹系數(shù)小，在前述需要散熱的器件上取代傳統(tǒng)金屬材料，不僅有利于電子器件的 小型化、微型化和高功率密度化，而且可以有效地減輕器件的重量，增加有效載荷，同時用 于高端電子器件設(shè)備，亦可高效散熱、使用安全、壽命長。
[0004] 石墨是由碳元素形成的一種同素異形體，由于其完善的分子結(jié)構(gòu)，使其具有獨(dú)特 的熱學(xué)、電學(xué)與化學(xué)等性能，可以廣泛應(yīng)用于電子、顯示等工業(yè)中。目前的高導(dǎo)熱石墨膜的 制備是將高分子薄膜經(jīng)過高溫石墨化處理后得到的，通過這種方法得到的石墨膜平面導(dǎo)熱 系數(shù)在800~1600W/m·K。但是，由于其形成的層狀結(jié)構(gòu)比較完美，也就限制了其在垂直(Z 軸)方向的導(dǎo)熱系數(shù)，在一些需要垂直防線具有優(yōu)良導(dǎo)熱的領(lǐng)域，高導(dǎo)熱石墨膜就滿足不了 要求。因此，如何提高石墨材料Z軸方向的導(dǎo)熱系數(shù)是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的一個技術(shù) 問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 有鑒于此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供一種垂直方向具有較高導(dǎo)熱系數(shù)的 高導(dǎo)熱石墨材料及其制備方法。
[0006] 本發(fā)明提供了一種高導(dǎo)熱石墨材料，由以下組分制備得到，所述組分包括:55~85 重量份的聚酰亞胺基體樹脂與15~45重量份的石墨粉。
[0007] 優(yōu)選的，所述聚酰亞胺基體樹脂如式（I)所示：
[0008]
[0009] 其中，X為0或1，y為0或1，n為1~10的整數(shù)。
[0010]優(yōu)選的，所述高導(dǎo)熱石墨材料的含碳率為99.9%。
[0011] 本發(fā)明還提供了一種高導(dǎo)熱石墨材料的制備方法，包括：
[0012] 將55~85重量份的聚酰亞胺基體樹脂與15~45重量份的石墨粉混合，壓制成型 后，依次進(jìn)行碳化處理、石墨化處理，得到高導(dǎo)熱石墨材料。
[0013] 優(yōu)選的，還包括：
[0014] 將55~85重量份的聚酰亞胺基體樹脂與15~45重量份的石墨粉混合后，干燥，再 壓制成型。
[0015] 優(yōu)選的，所述混合采用球磨和/或超聲攪拌進(jìn)行。
[0016]優(yōu)選的，所述壓制成型采用熱壓成型工藝。
[0017] 優(yōu)選的，所述熱壓成型的溫度為240°C~340°C;熱壓成型的時間為10~60min。
[0018] 優(yōu)選的，所述碳化處理的溫度為800°C~1000°C;碳化處理的時間為4~10h。
[0019] 優(yōu)選的，所述石墨化處理的溫度為2600°C~3000°C;石墨化處理的時間為3~7h。
[0020] 本發(fā)明提供了一種高導(dǎo)熱石墨材料及其制備方法，將55~85重量份的聚酰亞胺基 體樹脂與15~45重量份的石墨粉混合，壓制成型后，依次進(jìn)行碳化處理、石墨化處理，得到 高導(dǎo)熱石墨材料。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過將石墨粉與聚酰亞胺基體樹脂混合，使石墨 的長程有序變?yōu)闊o序，增加碳原子層與水平面的夾角，再通過壓制成型、碳化處理與石墨化 處理，提高了縱向?qū)崧省?br>【具體實(shí)施方式】
[0021] 下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述， 顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的 實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都 屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0022]本發(fā)明提供了一種高導(dǎo)熱石墨材料，由以下組分制備得到，所述組分包括:55~85 重量份的聚酰亞胺基體樹脂與15~45重量份的石墨粉。
[0023]其中，本發(fā)明對所有原料的來源并沒有特殊的限制，為市售或自制均可。
[0024]所述聚酰亞胺基體樹脂的含量優(yōu)選為60~80重量份，更優(yōu)選為70~80重量份;所 述聚酰亞胺基體樹脂為本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的聚酰亞胺即可，并無特殊的限制，本發(fā)明優(yōu) 選如式(I)所示的聚酰亞胺基體樹脂：
[0025]
[0026] 其中，X為0或1;y為0或1;η為1~10的整數(shù)，優(yōu)選為3~7，更優(yōu)選4~6。
[0027]本發(fā)明中，所述高導(dǎo)熱石墨材料的含碳率優(yōu)選為98%以上，更優(yōu)選為99.9%。
[0028]本發(fā)明還提供了一種上述高導(dǎo)熱石墨材料的制備方法，包括:將55~85重量份的 聚酰亞胺基體樹脂與15~45重量份的石墨粉混合，壓制成型后，依次進(jìn)行碳化處理、石墨化 處理，得到高導(dǎo)熱石墨材料。
[0029]其中，所述聚酰亞胺基體樹脂與石墨粉均同上所述，在此不再贅述。
[0030]所述聚酰亞胺基體樹脂優(yōu)選按照申請?zhí)枮?1118566.X的中國專利公開的制備方 法進(jìn)行，具體按照以下步驟進(jìn)行:Α)將芳香族有機(jī)四酸二酐與低沸點(diǎn)醇類化合物通過酯化 反應(yīng)生成相應(yīng)的芳香族有機(jī)二酸二酯;Β)將降冰片烯酸酐與低沸點(diǎn)醇類化合物通過酯化反 應(yīng)生成相應(yīng)的降冰片烯酸酐的單酸單酯;C)將有機(jī)二胺溶解于低沸點(diǎn)有機(jī)溶劑中，然后加 入所述芳香族有機(jī)二酸二酯與降冰片烯酸酐的單酸單酯，反應(yīng)后得到聚酰亞胺基體樹脂。 [0031]其中，所述芳香族有機(jī)四酸二酐優(yōu)選為3,3'，4,4'_二苯甲醚四酸二酐(0DPA)，3， 3'，4,4'_二苯甲酮四酸二酐(BTDA)與3,3'，4,4'_聯(lián)苯四酸二酐(BTOA)中的一種或多種;所 述有機(jī)二胺優(yōu)選為4，4 ' -二苯甲烷二胺(MDA)、3，4 ' -二苯甲醚二胺(3，4-0DA)、1，4-對苯二 胺(PPDA)與1，3_間苯二胺(mPDA)中的一種或多種;所述低沸點(diǎn)有機(jī)溶劑優(yōu)選為甲醇、乙醇、 異丙醇與正丁醇中的一種或多種。
[0032]將55~85重量份的聚酰亞胺基體樹脂與15~45重量份的石墨粉混合，所述混合優(yōu) 選采用球磨和/或超聲攪拌進(jìn)行;所述球磨優(yōu)選為濕法球磨；當(dāng)采用球磨時，所述混合的時 間優(yōu)選為3~12h;當(dāng)采用超聲攪拌進(jìn)行混合時，所述混合的時間優(yōu)選為30min~3h;當(dāng)混合 方式為超聲攪拌時，優(yōu)選在超聲攪拌的同時將石墨粉緩慢加入至聚酰亞胺基體樹脂中。
[0033] 混合后，優(yōu)選進(jìn)行干燥，更優(yōu)選在鼓風(fēng)干燥箱中進(jìn)行干燥;本發(fā)明對所述干燥的溫 度及時間并無特殊的限制，優(yōu)選在80°C~120°C條件下進(jìn)行干燥。
[0034] 干燥后，壓制成型，優(yōu)選采用熱壓成型工藝進(jìn)行壓制成型。按照熱壓升溫曲線對模 具進(jìn)行加熱，并在熱定的溫度點(diǎn)施加特定的壓力，壓力隨著溫度的升高而升高。所述熱壓成 型的最終溫度優(yōu)選為240°C~340°C，更優(yōu)選為240°C~300°C;壓力優(yōu)選為10~40MPa;熱壓 成型的時間優(yōu)選為10~60min，更優(yōu)選為30~60min。本發(fā)明中，熱壓成型優(yōu)選按照從室溫開 始以（5~15)°C/min的升溫速率到150°C~220°C保溫5~15min，再以（2~10)°C/min的升溫 速率到（240~340)°C保溫10~60min的升溫曲線進(jìn)行，更優(yōu)選為從室溫開始以（5~15)°C/ min的升溫速率到150°C~220°C保溫5~15min，再以（4~6)°C/min的升溫速率到（240~ 340)°C保溫30~60min的升溫曲線進(jìn)行。
[0035]壓制成型后，進(jìn)行碳化處理。所述碳化處理的溫度優(yōu)選為800°C~1000°C，更優(yōu)選 為900°C~1000°C;所述碳化處理的時間優(yōu)選為4~10h，更優(yōu)選為4~8h，更優(yōu)選為4~6h。本 發(fā)明中，所述碳化處理優(yōu)選按照從室溫開始以（2~10)°C/min的升溫速率到100°C~150°C 保溫30~90min，再以（2~10)°C/min的升溫速率到500°C~700°C保溫90~150min，再以（2 ~10)°C/min的升溫速率到800°C~1000°C保溫4~10h的升溫曲線進(jìn)行，更優(yōu)選按照從室溫 開始以（4~6)°C/min的升溫速率到100°C~150°C保溫30~90min，再以（4~6)°C/min的升 溫速率到500°C~700°C保溫90~150min，再以（4~6)°C/min的升溫速率到800°C~1000°C 保溫4~10h的升溫曲線進(jìn)行。
[0036]碳化處理之后，進(jìn)行石墨化處理。所述石墨化處理的溫度優(yōu)選為2600°C~3000°C， 更優(yōu)選為2700°C~3000°C;所述石墨化處理的時間優(yōu)選為3~7h，更優(yōu)選為3~5h。本發(fā)明 中，所述石墨化處理優(yōu)選按照從室溫開始先以（5~15) °C/min的升溫速率到1500°C~2200 °C，再以（2~10)°C/mi