石墨烯紅外散熱涂料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種石墨烯紅外散熱涂料及其制備方法。本發(fā)明石墨烯紅外散熱涂料包括如下質(zhì)量百分比的組分：成膜樹脂20?45％、石墨烯1?10％、紅外輻射功能一維納米材料30?50％、硬質(zhì)功能輔助填料1.5?5％、樹脂固化劑0?3％。本發(fā)明石墨烯紅外散熱涂料采用二維石墨烯、一維紅外輻射功能填料復(fù)合，并輔以硬質(zhì)功能材料，使得三類發(fā)揮協(xié)效作用賦予涂料涂層高的輻射率和面向?qū)嵯禂?shù)以及優(yōu)異的耐磨損和抗劃痕性能。同時(shí)，其配制方法能保證涂料分散體系的穩(wěn)定性能，其工藝條件易控，制備的石墨烯紅外散熱涂料性能穩(wěn)定，且有效降低了生產(chǎn)成本。
【專利說明】
石墨烯紅外散熱涂料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及涂料領(lǐng)域，特別涉及一種石墨烯紅外散熱涂料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著科技發(fā)展，人們對(duì)電子器件輕質(zhì)、體積小、便攜等功能需求日益強(qiáng)烈，電子器 件逐步向小型化、智能化、大功率方向發(fā)展。這也導(dǎo)致電子器件散熱逐漸成為發(fā)展的瓶頸， 未解決散熱問題，電子發(fā)熱器功率、體積不斷加大，散熱問題也就越來越被人重視。但是，這 種散熱方式大部分都是通過傳導(dǎo)和對(duì)流的方式實(shí)現(xiàn)散熱，散熱效率不高，特別是在環(huán)境溫 度和發(fā)熱體溫度相差不大的情況下，高效散熱成為了行業(yè)難題。
[0003] 為了解決上述問題，人們提出了常溫紅外輻射散熱涂料。紅外輻射，俗稱紅外線， 是波長(zhǎng)介于可見光與微波之間，波長(zhǎng)范圍約為〇.75-1000μηι的電磁波。紅外福射能在特定射 程內(nèi)能夠被物體吸收并轉(zhuǎn)換成熱，即紅外熱效應(yīng)。任何溫度高于0Κ的物體，都會(huì)無時(shí)無刻不 在輻射能量，同時(shí)也都會(huì)不間斷地吸收其它物體輻射出來的能量，并且把吸收的能量再次 轉(zhuǎn)化熱能而輻射。溫度低于500°C時(shí)，一般物體不會(huì)發(fā)出可見光，只會(huì)輻射紅外線。紅外輻射 材料是一種用途廣泛的新型功能熱管理材料，在醫(yī)療、新型建筑材料、工業(yè)加熱等領(lǐng)域已得 到了廣泛的應(yīng)用。
[0004] 紅外輻射材料的應(yīng)用方法有兩種，一種是采用整體壓制燒結(jié)成型如各類紅外加熱 元件;另一種是添加一定量的粘結(jié)劑，制成涂層。紅外散熱涂料最早的使用是紅外加熱與干 燥等高溫應(yīng)用。隨著現(xiàn)代電子設(shè)備的智能化、小型化、便攜化，人們對(duì)常溫紅外輻射物質(zhì)的 需求量也越來越大，常溫紅外輻射材料成為紅外輻射材料發(fā)展的新方向。
[0005] 當(dāng)前，國(guó)內(nèi)公開了一種改性丙烯酸酯散熱粉末涂料，將直徑為50-1000nm六方氮化 硼、納米碳化硅、納米氧化鋁等散熱劑分散在單體溶液中，進(jìn)行原位聚合后，經(jīng)脫溶劑處理 而成，其應(yīng)用于LED液晶模組的背板表面，通過紅外輻射的方式增強(qiáng)了 LED液晶模組的散熱 性能，在相同的散熱面積上，增加了散熱量，提高了散熱效率。國(guó)內(nèi)公開了另一種紅外線輻 射復(fù)合散熱涂料，其采用按質(zhì)量比由環(huán)氧樹脂或丙烯酸樹脂、納米二氧化硅、2-丙烯基-聚 苯胺納米纖維、溶劑組成；國(guó)內(nèi)還公開了一種散熱器專用遠(yuǎn)紅外功能粉末涂料，其由聚酯樹 月旨、環(huán)氧樹脂、固化劑、顏料含欽白粉、助劑和填料以及特制遠(yuǎn)紅外材料構(gòu)成。國(guó)內(nèi)公開的另 一種紅外輻射涂料中，其含有以下質(zhì)量百分比組分：有機(jī)乳液30-50 %、二氧化硅粉10-30 %、紅外輻射功能添加劑10-30 %、硅酸鹽復(fù)合粉體3-15 %和天然礦物粉體2-10 %，余量 為涂料助劑。
[0006]在上述當(dāng)前公開的紅外線輻射散熱涂料中，均是采用顆粒狀的紅外功能輻射材 料，導(dǎo)致功能涂料自身面向均熱效果差，會(huì)產(chǎn)生局部熱點(diǎn);此外當(dāng)這些功能輻射散熱顆粒直 徑小至納米級(jí)別的時(shí)候，由于表面能導(dǎo)致易團(tuán)聚、難分散問題，影響散熱效果;而粒子直徑 過大，不利于導(dǎo)熱和散熱。由于這些缺陷，導(dǎo)致當(dāng)前的紅外線輻射散熱涂料散熱效果不理 想，面臨著適用溫度范圍窄、表面局部蓄熱形成局部熱點(diǎn)等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種石墨烯紅外散熱涂料及其 制備方法，以解決現(xiàn)有紅外線輻射散熱涂料散熱效果不理想，適用溫度范圍窄、表面局部蓄 熱形成局部熱點(diǎn)等技術(shù)問題。
[0008] 為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明實(shí)施例一方面，提供了一種石墨烯紅外散熱涂料。 所述石墨烯紅外散熱涂料，包括如下質(zhì)量百分比的組分： 成膜樹脂 20-45%
[0009] 石墨烯 1-10% 紅外輻射功能一維納米材料30-50%
[001 0] 硬質(zhì)功能輔助填料1.5~5% 樹脂固化劑 0-3%。
[0011] 本發(fā)明實(shí)施例另一方面，提供了一種石墨烯紅外散熱涂料的制備方法。所述制備 方法包括如下步驟：
[0012] 按照本發(fā)明石墨烯紅外散熱涂料的組分分別稱取各組分原料；
[0013] 將稱取的石墨稀、紅外福射功能一維納米材料、硬質(zhì)功能輔助填料進(jìn)行球磨處理， 獲得復(fù)合紅外功能納米填料；
[0014] 將所述成膜樹脂采用溶劑溶解后與所述復(fù)合紅外功能納米填料進(jìn)行混料處理，后 進(jìn)行粘度調(diào)整處理，過分級(jí)篩，獲得石墨烯紅外散熱涂料的散熱混合漿料；
[0015] 將稱取的所述樹脂固化劑與所述散熱混合漿料分開包裝。
[0016] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明石墨烯紅外散熱涂料具有以下有益技術(shù)效果：
[0017] 第一，本發(fā)明石墨烯紅外散熱涂料從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出發(fā)，采用二維石墨烯、一維紅外輻 射功能納米材料作為復(fù)合紅外輻射填料，一方面，二維石墨烯和一維紅外輻射功能納米材 料的復(fù)配，可形成線、面結(jié)合的三維導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可有效提高涂料的面向?qū)嵯禂?shù)，實(shí)現(xiàn) 涂料面向均熱效果，既避免生產(chǎn)局部熱點(diǎn)同時(shí)增加涂料輻射性能；另一方面，采用一維紅外 輻射功能納米材料、二維石墨烯片層結(jié)構(gòu)相結(jié)合的方式，可使涂層微觀表面形成凹狀形態(tài)， 且同時(shí)適度增加涂層了表面微觀粗糙度，進(jìn)而大幅提高了輻射率；
[0018] 第二，本發(fā)明石墨烯紅外散熱涂料輻射功能材料采用了石墨烯、一維紅外輻射功 能納米材料、硬質(zhì)功能輔助填料的復(fù)合填料作為福射功能材料，不同材料的原子間相互作 用，促使紅外輻射填料的結(jié)構(gòu)發(fā)生偏移形成非對(duì)稱結(jié)構(gòu)，缺陷增多，原子或分子的振動(dòng)及轉(zhuǎn) 動(dòng)形式更多樣化，其之間的能量相互重疊并擴(kuò)展成能帶，從而使熱激發(fā)時(shí)發(fā)出的紅外輻射 頻率更寬，輻射率更高。
[0019] 第三，復(fù)合紅外輻射填料中的一維紅外輻射功能納米材料之間可相互交織形成網(wǎng) 絡(luò)結(jié)構(gòu)，并輔以硬質(zhì)功能輔助填料，賦予涂料優(yōu)異的耐磨損和抗劃痕性能。
[0020] 上述石墨烯紅外散熱涂料的制備方法能夠有效使得石墨烯，紅外輻射功能一維納 米材料、硬質(zhì)功能輔助填料充分混合，并能夠保證其復(fù)合填料在成膜樹脂組分中均勻分散， 避免發(fā)生團(tuán)聚不良現(xiàn)象，從而保證了涂料形成涂層的散熱效果。由于復(fù)合填料能夠充分分 散，從而使得其成膜后，復(fù)合填料互相穿插，原子間相互作用，從而使得各填料之間發(fā)揮增 效作用，賦予涂料涂層高的輻射率和面向?qū)嵯禂?shù)以及優(yōu)異的耐磨損和抗劃痕性能。同時(shí)， 其配制方法工藝條件易控，制備的石墨烯紅外散熱涂料性能穩(wěn)定，且有效降低了生產(chǎn)成本。
【附圖說明】
[0021] 下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中：
[0022] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例1和實(shí)施例2中涂料的光學(xué)照片;其中，（a)為實(shí)施實(shí)例1的涂料 的光學(xué)照片，（b)為實(shí)施實(shí)例2的涂料的光學(xué)照片；
[0023] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例1提供的涂料涂層固化后的光學(xué)顯微鏡；
[0024]圖3為本發(fā)明實(shí)施例1提供的涂料涂層固化后的掃描電鏡；
[0025] 圖4為本發(fā)明實(shí)施例1-5涂料固化后的涂層的紅外輻射率曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 為了使本發(fā)明要解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合 實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋 本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0027] 本發(fā)明實(shí)施例提供了一種高輻射率和面向?qū)岬氖┘t外散熱涂料。作為本發(fā) 明的實(shí)施例，所述包括如下質(zhì)量百分比的組分： 成膜樹脂 20-45%
[0028] 石墨烯 M0% 紅外輻射功能一維納米材料30-50%
[0029] 硬質(zhì)功能輔助填料1.5~5% 樹脂固化劑 0-3%.。
[0030] 這樣，本發(fā)明石墨烯紅外散熱涂料以成膜樹脂作為涂料的基料，以紅外輻射功能 一維納米材料，石墨稀，硬質(zhì)功能輔助填料構(gòu)成的復(fù)合填料分散在成膜樹脂基料中，使得該 復(fù)合填料之間發(fā)生增效作用，賦予本發(fā)明實(shí)施例石墨烯紅外散熱涂料優(yōu)異的輻射率和面向 導(dǎo)熱系數(shù)。
[0031] 具體的，本發(fā)明實(shí)施例石墨烯紅外散熱涂料輻射功能材料從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出發(fā)，采用 二維石墨烯、一維紅外輻射功能納米材料作為復(fù)合紅外輻射填料，一方面，二維石墨烯和一 維導(dǎo)熱材料的復(fù)配，可有效提高涂料的面向?qū)嵯禂?shù)，實(shí)現(xiàn)涂料面向均熱效果，既避免生產(chǎn) 局部熱點(diǎn)同時(shí)增加涂料輻射性能和耐磨損、抗劃痕性能；另一方面，采用一維導(dǎo)熱材料、二 維石墨烯片層結(jié)構(gòu)相結(jié)合的方式，可使涂層微觀表面形成凹狀形態(tài)，且同時(shí)適度增加涂層 了表面微觀粗糙度，進(jìn)而大幅提高了輻射率；
[0032] 另外，本發(fā)明實(shí)施例石墨烯紅外散熱涂料輻射功能材料采用了石墨烯，紅外輻射 功能一維納米材料、硬質(zhì)功能輔助填料的復(fù)合填料作為福射功能材料，不同材料的原子間 相互作用，促使紅外輻射填料的結(jié)構(gòu)發(fā)生偏移形成非對(duì)稱結(jié)構(gòu)，缺陷增多，原子或分子的振 動(dòng)及轉(zhuǎn)動(dòng)形式更多樣化，其之間的能量相互重疊并擴(kuò)展成能帶，從而使熱激發(fā)時(shí)發(fā)出的紅 外輻射頻率更寬，輻射率更高。而且復(fù)合紅外輻射填料中的紅外輻射功能一維納米材料之 間可相互交織形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，輔以硬質(zhì)功能輔助填料，賦予涂料耐磨損和抗劃痕性能。
[0033] 因此，本發(fā)明實(shí)施例石墨烯紅外散熱涂料依據(jù)實(shí)際物質(zhì)的斯特潘-玻爾茲曼定律 (凡是溫度高于絕對(duì)零度的物體都會(huì)自發(fā)的向外發(fā)射紅外輻射，而且黑體單位表面發(fā)射的 總輻射功率與絕對(duì)溫度的四次方成正比，溫度只要有較小的變化，就會(huì)引起物體的輻射功 率發(fā)生較大的變化），采用多種物質(zhì)復(fù)合技術(shù)，賦予涂料涂層高的輻射率和面向?qū)嵯禂?shù)以 及優(yōu)異的耐磨損和抗劃痕性能，以解決現(xiàn)有散熱涂料使用中涂料存在適用溫度范圍窄、表 面局部蓄熱形成局部熱點(diǎn)等技術(shù)問題。
[0034] 在一實(shí)施例中，作為涂料的基料成分成膜樹脂選用市售環(huán)氧樹脂、聚氨酯、氟烯烴 樹脂中的至少一種。在具體實(shí)施例中，其中，環(huán)氧樹脂可以但不僅僅選用E44、E31、E51中的 至少一種;聚氨酯可以但不僅僅選用E_385P、85A、EC8180中的至少一種;氟烯烴樹脂可以但 不僅僅選用聚四氟乙烯(PTFE)、全氟（乙烯丙烯）（FEP)共聚物、聚全氟烷氧基(PFA)樹脂、乙 烯-四氟乙烯(ETFE)共聚物、聚偏氟乙烯(PVDF)和聚氟乙烯(PVF)中的至少一種。通過對(duì)成 膜樹脂的選用，一方面能夠在使用過程中在樹脂固化劑的作用下迅速固化成膜，更重要的 是，其能夠與復(fù)合填料形成穩(wěn)定分散系，保證復(fù)合填料的分散均勻且穩(wěn)定，從而保證涂料涂 層的高散熱性能和面向?qū)嵯禂?shù)以及優(yōu)異的耐磨損和抗劃痕性能。
[0035] 上述二維結(jié)構(gòu)的石墨稀與紅外福射功能一維納米材料和硬質(zhì)功能輔助填料構(gòu)成 復(fù)合填料，發(fā)揮如上述的增效作用，賦予涂料涂層高的輻射率和面向?qū)嵯禂?shù)以及優(yōu)異的 耐磨損和抗劃痕性能。在一實(shí)施例中，所述石墨稀的片徑控制為0.05-10μηι，在進(jìn)一步實(shí)施 例中，所述石墨烯的片徑為1_3μπι，層數(shù)為1-4層。在具體實(shí)施例中，所述石墨烯選自單層石 墨稀、雙層石墨稀、3-10層石墨稀、氧化石墨稀微片、石墨稀量子點(diǎn)、石墨稀納米帶、經(jīng)過化 學(xué)或物理法在石墨烯中引入原子或官能團(tuán)后所形成的功能化石墨烯中的至少一種。
[0036] 在一實(shí)施例中，上述復(fù)合填料中的紅外輻射功能一維納米材料為紅外輻射功能納 米管、紅外輻射功能納米線、紅外輻射功能納米纖維中的至少一種。
[0037] 其中，在具體實(shí)施例中，所述紅外輻射功能納米管選自單壁氮化硼納米管、多壁氮 化硼納米管、摻氮碳化硅納米管中的至少一種，其中，所述單壁氮化硼納米管和/或多壁氮 化硼納米管的管直徑優(yōu)選為1.5~15nm，管長(zhǎng)優(yōu)選為10~60μηι。在另一具體實(shí)施例中，所述 紅外福射功能納米線選自碳化娃納米線、氮化硼納米線中的至少一種;其中，所述紅外福射 功能納米線如碳化娃納米線的直徑優(yōu)選為20~200nm;在又一具體實(shí)施例中，所述紅外福射 功能納米纖維選自白炭黑納米纖維、三氧化二錯(cuò)纖維中的至少一種，在進(jìn)一步實(shí)施例中，白 炭黑納米纖維的纖維直徑為100~800nm，三氧化二鋁纖維的纖維直徑為3~7μπι，單絲長(zhǎng)度 為0·25~1mm。
[0038] 通過對(duì)上述二維石墨稀和一維結(jié)構(gòu)的紅外福射功能納米材料的種類和尺寸的控 制，使得兩者能夠在基料樹脂中充分分散混合，并在成膜過程中發(fā)揮一維結(jié)構(gòu)和二維結(jié)構(gòu) 的如同上述的增效作用，賦予膜層高的輻射率和面向?qū)嵯禂?shù)以及優(yōu)異的耐磨損和抗劃痕 性能。
[0039] 上述硬質(zhì)功能輔助填料的存在，上述二維石墨稀和一維納米材料復(fù)配的基礎(chǔ)上， 其協(xié)助該二維和一維結(jié)構(gòu)的填料，一方面起到提升涂料涂層的耐磨性能和熱導(dǎo)率，從而提 升涂料涂層的抗熱震性能，提高涂料涂層的耐磨損和抗劃痕性能；另一方面，參與紅外輻射 涂料的協(xié)效作用，增強(qiáng)本發(fā)明實(shí)施例石墨烯紅外散熱涂料膜層的輻射散熱性能。在一實(shí)施 例中，所述硬質(zhì)功能輔助填料為WC-Co、TiC-Co、TaC-Co、NbC-Co等中的至少一種。在進(jìn)一步 實(shí)施例中，該些硬質(zhì)功能輔助填料的粒徑控制為〇.5-3μπι。通過對(duì)硬質(zhì)功能輔助填料組分的 種類和粒徑的控制，進(jìn)一步發(fā)揮硬質(zhì)功能輔助填料與復(fù)合紅外輻射填料之間的增效作用， 提高膜層的散熱性能和相應(yīng)的機(jī)械強(qiáng)度。
[0040] 在一實(shí)施例中，本發(fā)明實(shí)施例石墨烯紅外散熱涂料除樹脂固化劑組分之外的其他 組分混合后，混合漿料的粘度控制為-4#20-40s。對(duì)混合漿料粘度的控制，使得復(fù)合填料在 混合漿料中能夠均勻分散，形成穩(wěn)定的分散系，以保證膜層的輻射散熱性能和相應(yīng)的機(jī)械 性能。
[0041] 上述樹脂固化劑是與成膜樹脂反應(yīng)從而成膜。因此，在本發(fā)明實(shí)施例石墨烯紅外 散熱涂料生產(chǎn)或貨架期產(chǎn)品的過程中，該樹脂固化劑是單獨(dú)包裝，也即是該樹脂固化劑是 與其他組分分開保存。當(dāng)本發(fā)明實(shí)施例石墨烯紅外散熱涂料需要被使用時(shí)，將該樹脂固化 劑與其他組分進(jìn)行混合均勻，然后在載體表面成膜。
[0042]理所當(dāng)然的是，本發(fā)明實(shí)施例石墨烯紅外散熱涂料還包括溶劑。該溶劑作為各組 分的溶媒載體，使得各組分能夠均勻分散并形成穩(wěn)定的分散系。
[0043]因此，本方面實(shí)施例通過復(fù)合填料之間的增效作用，使得涂料形成涂層的算熱效 果。由于復(fù)合填料能夠充分分散，從而使得其成膜后，復(fù)合填料互相穿插，原子間相互作用， 從而使得各填料之間發(fā)揮增效作用，賦予涂料涂層高的輻射率和面向?qū)嵯禂?shù)以及優(yōu)異的 耐磨損和抗劃痕性能。
[0044]另一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了上述實(shí)施例中石墨烯紅外散熱涂料的一種制備方 法。在一實(shí)施例中，所述石墨烯紅外散熱涂料制備方法包括如下步驟：
[0045] 步驟S01.獲取石墨烯紅外散熱涂料組分原料:按照上文本發(fā)明實(shí)施例石墨烯紅外 散熱涂料所含組分分別稱取各組分原料；
[0046] 步驟S02.配制復(fù)合紅外功能納米填料:將稱取的紅外福射功能一維納米材料、石 墨稀、硬質(zhì)功能輔助填料進(jìn)行球磨處理，獲得復(fù)合紅外功能納米填料；
[0047]步驟S03.配制散熱混合漿料:將所述成膜樹脂采用溶劑溶解后與所述復(fù)合紅外功 能納米填料進(jìn)行混料處理，后進(jìn)行粘度調(diào)整處理，過分級(jí)篩，獲得石墨烯紅外散熱涂料的散 熱混合漿料；
[0048]步驟S04.包裝處理:將稱取的所述樹脂固化劑與步驟S03所述散熱混合漿料分開 包裝。
[0049] 其中，上述步驟S01中稱取的各組分的含量和所選用的成分均如上文本發(fā)明實(shí)施 例石墨烯紅外散熱涂料中所述，為了節(jié)約篇幅，在此不再贅述。
[0050] 上述步驟S02中所述球磨處理的工藝條件為:選擇球徑比為0.5:3:5的磨球，按照 球料比為(5~1): 1的比例加入所述磨球和石墨稀、紅外福射功能納米材料、硬質(zhì)功能輔助 填料，然后調(diào)整球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為200-600rpm，球磨30-120min;其中，球徑比為0.5:3:5的磨球 可以分別是〇.5mm、3mm、5mm。在一具體實(shí)施例中，球徑比為0.5:3:5的所述磨球質(zhì)量比為3: 3:2〇
[0051]上述步驟S03中的混料處理是為了使得各組分能夠混合均勻，形成高度分散的混 合物料，以保證制備的石墨烯紅外散熱涂料性能穩(wěn)定。在一實(shí)施例中，通過對(duì)溶劑添加量的 控制，使得經(jīng)混合處理后的散熱混合漿料粘度為涂-4#20-40s，以使得散熱混合漿料分散體 系穩(wěn)走。
[0052]在另一實(shí)施例中，待混料處理后的過分級(jí)篩的目數(shù)為200-400目。
[0053]上述步驟S04中，將樹脂固化劑與所述散熱混合漿料分開包裝，待使用時(shí)，臨時(shí)將 樹脂固化劑與所述散熱混合漿料進(jìn)行混料處理，再涂層處理，如在一實(shí)施例中，將樹脂固化 劑與所述散熱混合漿料攪拌l〇min后，經(jīng)過高壓噴涂工藝(噴槍口徑>2mm)，噴涂于測(cè)試板 表面，涂層厚度為10-500μηι。
[0054] 因此，本發(fā)明實(shí)施例石墨烯紅外散熱涂料的制備方法按照其所含的組分將各組分 原料進(jìn)行混料處理，使得其所含的復(fù)合填料能夠均勻分散形成穩(wěn)定的分散系，有效避免發(fā) 生團(tuán)聚的不良現(xiàn)象，從而保證了涂料形成涂層的散熱效果。由于復(fù)合填料能夠充分分散，從 而使得其成膜后，復(fù)合填料互相穿插，原子間相互作用，從而使得各填料之間發(fā)揮增效作 用，賦予涂料涂層高的輻射率和面向?qū)嵯禂?shù)以及優(yōu)異的耐磨損和抗劃痕性能。同時(shí)，其配 制方法工藝條件易控，制備的石墨烯紅外散熱涂料性能穩(wěn)定，且有效降低了生產(chǎn)成本。
[0055] 由于本發(fā)明實(shí)施例石墨烯紅外散熱涂料具有高的輻射率和面向?qū)嵯禂?shù)以及優(yōu) 異的耐磨損和抗劃痕性能。因此，其能夠廣泛用于電子設(shè)備、醫(yī)療、新型建筑材料、工業(yè)加熱 中應(yīng)用。
[0056] 現(xiàn)以具體的石墨烯紅外散熱涂料制備為例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0057] 實(shí)施例1
[0058]本實(shí)施例提供一種石墨烯紅外散熱涂料及其制備方法。所述石墨烯紅外散熱涂料 包括：lg石墨?。ㄆ骄鶎訑?shù)3層，片徑0.1-2μπι)、50g碳化娃納米線（納米線直徑20-100nm)、 1.5g的單壁氮化硼納米管(管徑1.5-5nm，平均管長(zhǎng)為25ym)、3g的WC-Co硬質(zhì)功能輔助填料、 45份的環(huán)氧樹脂E-44樹脂、3 %固化劑乙二胺。
[0059]其制備方法包括如下步驟：
[0000] S11:分別稱取lg石墨稀(平均層數(shù)3層，片徑0. l-2ym)、50g碳化娃納米線（納米線 直徑20-100nm)、1.5g的單壁氮化硼納米管(管徑1.5_5nm，平均管長(zhǎng)為25μηι)、3g的WC_Co硬 質(zhì)功能輔助填料置于行星式球磨機(jī)的球磨罐中；
[0061 ] S12:選擇球徑為0.5、3、5mm的磨球，其中小中大磨球質(zhì)量比為3:3:2，與SI 1中所得 混合物料按照球料比為5:1的比例添加磨球，然后調(diào)整球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為2 00r pm，球磨12 0m i η， 即可獲得復(fù)合紅外功能納米填料；
[0062] S13:稱取45份的環(huán)氧樹脂Ε-44樹脂，溶解于適量的體積比為1:1的乙醇：丙酮溶 劑，使用低速攪拌機(jī)(攪拌速率60rpm)進(jìn)行攪拌直至樹脂完全溶解，得到粘結(jié)劑溶液備用； [0063] S14:將S12所得復(fù)合紅外功能納米填料、S13所得樹脂粘結(jié)劑溶液在真空高速攪拌 罐中進(jìn)行混合，通過添加體積比為1:1的乙醇：丙酮溶劑直至所得混合液的粘度為涂-4# 40s，然后調(diào)整分散機(jī)轉(zhuǎn)速為30000rpm，真空度為-0.1 Mpa，分散時(shí)間為6h，得到初級(jí)涂料； [0064] S15:將S14所得涂料經(jīng)過200目的分級(jí)篩，加入從而形成一定細(xì)度范圍內(nèi)的散熱漿 料；
[0065] S16:將S15所得散熱漿料與固化劑乙二胺分開包裝。
[0066]應(yīng)用：
[0067]將S15所得涂料與3%固化劑乙二胺混合，并攪拌lOmin后，經(jīng)過高壓噴涂工藝（噴 槍口徑>2mm)，噴涂于測(cè)試板表面，涂層厚度為ΙΟμπι，檢測(cè)其性能。
[0068]性能測(cè)定:近似淺灰色液體漿料，如圖1中（a)所示；固含量：多50 % ;干燥時(shí)間：< 3h;耐酸堿性:72h無異常;抗熱震性能：加熱到150°C，保溫30min，然后迅速冷卻，20次循環(huán) 無異常；導(dǎo)熱系數(shù)(W/(m · K)): 0.96，粘度:涂-4M0s;涂層鉛筆硬度為1H，耐劃痕性能提升 30%;涂層輻射率高于0.91，如圖4中曲線所示。對(duì)固化后的圖層進(jìn)行光學(xué)顯微鏡觀察，其圖 片如圖2所示，對(duì)固化后的圖層進(jìn)行掃描電鏡觀察，其圖片如圖3所示。
[0069] 實(shí)施例2
[0070] 本實(shí)施例提供一種石墨烯紅外散熱涂料及其制備方法。所述石墨烯紅外散熱涂料 包括：5g的石墨稀(平均層數(shù)2層，片徑0.05-1μηι)、25g紅外功能福射納米管碳化娃納米線 (納米線直徑150-200nm)、2g多壁氮化硼納米管（管徑10-15nm，平均管長(zhǎng)為60ym)、2.5g的 WC-Co: NbC-Co為1:2的硬質(zhì)功能輔助填料、10g的聚偏氟乙烯(PVDF)。
[0071] 其制備方法包括如下步驟：
[0072] S21:分別稱取5g的石墨?。ㄆ骄鶎訑?shù)2層，片徑0.05-1μπι)、25g紅外功能福射納米 管碳化硅納米線(納米線直徑150-200nm)、2g多壁氮化硼納米管(管徑10-15nm，平均管長(zhǎng)為 60ym)、2.5g的WC-Co:NbC_Co為1:2的硬質(zhì)功能輔助填料置于行星式球磨機(jī)的球磨罐中； [0073] S22:選擇球徑為0.5、3、5mm的磨球，其中小中大磨球質(zhì)量比為3:3:2，與S21中所得 混合物料按照球料比為1:1的比例添加磨球，然后調(diào)整球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為500rpm，球磨80min，即 可獲得復(fù)合紅外功能納米填料；
[0074] S23:稱取10g的聚偏氟乙烯(PVDF)，溶解于適量的N-甲基吡咯烷酮(匪P)溶劑，使 用低速攪拌機(jī)(攪拌速率60rpm)進(jìn)行攪拌直至聚偏氟乙烯完全溶解，得到粘結(jié)劑溶液備用； [0075] S24:將S22所得復(fù)合紅外功能納米填料、S23所得粘結(jié)劑溶液在真空高速攪拌罐中 進(jìn)行混合，通過添加 N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶劑直至所得混合液的粘度為涂-4#26s，然后調(diào) 整分散機(jī)轉(zhuǎn)速為lOOOrpm，真空度為-0.75Mpa，分散時(shí)間為12h，得到初級(jí)涂料；
[0076] S25:將S24所得涂料經(jīng)過300目的分級(jí)篩，從而形成一定細(xì)度范圍內(nèi)的散熱漿料。
[0077]應(yīng)用：
[0078] 將S25所得涂料經(jīng)過高壓噴涂工藝（噴槍口徑>2mm)，噴涂于測(cè)試板表面，涂層厚 度為100μπι，檢測(cè)其性能。
[0079]性能測(cè)定:近似灰褐色液體漿料，如圖1中（b)所示；固含量：多65 % ;干燥時(shí)間：< 3h;耐酸堿性:72h無異常;抗熱震性能：加熱到150°C，保溫30min，然后迅速冷卻，20次循環(huán) 無異常；導(dǎo)熱系數(shù)(W/(m K)): 2.56，粘度：涂-4#26s ;涂層鉛筆硬度為2H，耐劃痕性能提升 40%;涂層輻射率高于0.82,如圖4中曲線所示。
[0080] 實(shí)施例3
[0081] 本實(shí)施例提供一種石墨烯紅外散熱涂料及其制備方法。所述石墨烯紅外散熱涂料 包括:5g的石墨烯(平均層數(shù)3-4層，片徑l-3ym)、15g紅外功能輻射三氧化二鋁纖維(纖維直 徑3-5μηι，長(zhǎng)0.25-0.5mm)和15g碳化娃納米線（納米線直徑150_200nm)、lg多壁氮化硼納米 管（管徑l〇_15nm，平均管長(zhǎng)為60ym)、2.5g的WC-Co:TaC-Co為1:1的硬質(zhì)功能輔助填料、15g 的聚氨酯85A、2%日本聚氨酯固化劑HX-90B。
[0082]其制備方法包括如下步驟：
[0083] S31:分別稱取5g的石墨稀(平均層數(shù)3-4層，片徑1-3μπι)、15g紅外功能福射三氧化 二錯(cuò)纖維(纖維直徑3-5μηι，長(zhǎng)0.25-0.5mm)和15g碳化娃納米線(納米線直徑150_200nm)、lg 多壁氮化硼納米管（管徑l〇_15nm，平均管長(zhǎng)為60ym)、2.5g的WC-Co:TaC-Co為1:1的硬質(zhì)功 能輔助填料置于行星式球磨機(jī)的球磨罐中；
[0084] S32:選擇球徑為0.5、3、5mm的磨球，其中小中大磨球質(zhì)量比為3:3:2，與331中所得 混合物料按照球料比為3:1的比例添加磨球，然后調(diào)整球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為600rpm，球磨40min，即 可獲得復(fù)合紅外功能納米填料；
[0085] S33:稱取15g的聚氨酯85A，溶解于適量的二甲苯溶劑，使用低速攪拌機(jī)(攪拌速率 60rpm)進(jìn)行攪拌直至聚氨酯完全溶解，得到粘結(jié)劑溶液備用；
[0086] S34:將S32所得復(fù)合紅外功能納米填料、S33所得粘結(jié)劑溶液在真空高速攪拌罐中 進(jìn)行混合，通過添加二甲苯溶劑直至所得混合液的粘度為涂_4#30s，然后調(diào)整分散機(jī)轉(zhuǎn)速 為8000rpm，真空度為-0.05Mpa，分散時(shí)間為12h，得到初級(jí)涂料；
[0087] S35:將S34所得涂料經(jīng)過230目的分級(jí)篩，從而形成一定細(xì)度范圍內(nèi)的散熱漿料；
[0088] S36:將S35所得散熱漿料與固化劑乙二胺分開包裝。
[0089] 應(yīng)用：將S35所得涂料與2%日本聚氨酯固化劑HX-90B混合，并攪拌lOmin后，經(jīng)過 高壓噴涂工藝(噴槍口徑>2_)，噴涂于測(cè)試板表面，涂層厚度為500μπι，檢測(cè)其性能。
[0090] 性能測(cè)定:近似灰褐色液體漿料；固含量：多52 % ;干燥時(shí)間：<3h;耐酸堿性：72h 無異常;抗熱震性能:加熱到150°C，保溫30min，然后迅速冷卻，20次循環(huán)無異常；導(dǎo)熱系數(shù) (W/(m · K)): 1.95，粘度:涂-4#30s;涂層鉛筆硬度為2H，耐劃痕性能提升40 % ;涂層輻射率 尚于0.87，如圖4中曲線所不。
[0091] 實(shí)施例4
[0092] 本實(shí)施例提供一種石墨烯紅外散熱涂料及其制備方法。所述石墨烯紅外散熱涂料 包括：
[0093] lg的石墨稀(平均層數(shù)6-8層，片徑4-6-1μπι)、25g紅外功能福射納米管碳化娃納米 線（納米線直徑150_200nm)、6g多壁氮化硼納米管(管徑10-15nm，平均管長(zhǎng)為60ym)、2.5g的 WC-Co :NbC-Co為1:2的硬質(zhì)功能輔助填料、40g的環(huán)氧樹脂E51、1.5%固化劑T31。
[0094]其制備方法包括如下步驟：
[0095] S41:分別稱取lg的石墨稀(平均層數(shù)6-8層，片徑4-6-1μπι)、25g紅外功能福射納米 管碳化硅納米線(納米線直徑150-200nm)、6g多壁氮化硼納米管(管徑10-15nm，平均管長(zhǎng)為 60ym)、2.5g的WC-Co:NbC_Co為1:2的硬質(zhì)功能輔助填料置于行星式球磨機(jī)的球磨罐中； [0096] S42:選擇球徑為0.5、3、5mm的磨球，其中小中大磨球質(zhì)量比為3:3:2，與S41中所得 混合物料按照球料比為4:1的比例添加磨球，然后調(diào)整球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為350rpm，球磨60min，即 可獲得復(fù)合紅外功能納米填料；
[0097] S43:稱取40g的環(huán)氧樹脂E51，溶解于適量的體積比為1:1的二甲苯、環(huán)氧丙烷苯基 醚混合溶劑，使用低速攪拌機(jī)(攪拌速率60rpm)進(jìn)行攪拌直至環(huán)氧樹脂E51完全溶解，得到 粘結(jié)劑溶液備用；
[0098] S44:將S42所得復(fù)合紅外功能納米填料、S43所得粘結(jié)劑溶液在真空高速攪拌罐中 進(jìn)行混合，通過添加體積比為1:1的二甲苯、環(huán)氧丙烷苯基醚混合溶劑直至所得混合液的粘 度為涂_4#35s，然后調(diào)整分散機(jī)轉(zhuǎn)速為lOOOrpm，真空度為-0.75Mpa，分散時(shí)間為12h，得到 初級(jí)涂料；
[0099] S45:將S44所得涂料經(jīng)過300目的分級(jí)篩，從而形成一定細(xì)度范圍內(nèi)的散熱漿料；
[0100] S46:將S45所得散熱漿料與固化劑乙二胺分開包裝。
[0101] 應(yīng)用:將S45所得涂料與1.5%固化劑T31混合，并攪拌lOmin后，經(jīng)過高壓噴涂工藝 (噴槍口徑>2mm)，噴涂于測(cè)試板表面，涂層厚度為500μπι，檢測(cè)其性能。
[0102] 性能測(cè)定狀態(tài):近似灰褐色液體漿料；固含量：多65% ;干燥時(shí)間：<3h;耐酸堿性： 72h無異常;抗熱震性能:加熱到150 °C，保溫30min，然后迅速冷卻，20次循環(huán)無異常；導(dǎo)熱系 數(shù)(W/(m · K)): 2.02，粘度:涂-4#35s;涂層鉛筆硬度為1H，耐劃痕性能提升35 % ;涂層輻射 率高于0.92,如圖4中曲線所示。
[0103] 實(shí)施例5
[0104] 本實(shí)施例提供一種石墨烯紅外散熱涂料及其制備方法。所述石墨烯紅外散熱涂料 包括：
[0105] lg的石墨烯(平均層數(shù)2層，片徑0.05-lym)、15g三氧化二鋁纖維(纖維直徑5-7μπι) 和15g二氧化娃（白炭黑）納米纖維（纖維直徑600-800nm)、3.5g質(zhì)量比為1:1的單壁氮化硼 納米管和多壁氮化硼納米管(管徑l〇_15nm，平均管長(zhǎng)為60μπι)復(fù)合物、5g的NbC-Co硬質(zhì)功能 輔助填料、45g的環(huán)氧樹脂E31、0.5 %固化劑聚酰胺。
[0106] 其制備方法包括如下步驟：
[0107] S51:分別稱取lg的石墨烯(平均層數(shù)2層，片徑0.05-Uim)、15g三氧化二鋁纖維(纖 維直徑5-7μπι)和15g二氧化娃（白炭黑）納米纖維(纖維直徑600-800nm)、3.5g質(zhì)量比為1:1 的單壁氮化硼納米管和多壁氮化硼納米管（管徑l〇_15nm，平均管長(zhǎng)為60μπι)復(fù)合物、5g的 NbC-Co硬質(zhì)功能輔助填料置于行星式球磨機(jī)的球磨罐中；
[0108] S52:選擇球徑為0.5、3、5mm的磨球，其中小中大磨球質(zhì)量比為3:3:2，與351中所得 混合物料按照球料比為2:1的比例添加磨球，然后調(diào)整球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為4 50r pm，球磨12 0m i η， 即可獲得復(fù)合紅外功能納米填料；
[0109] S53:稱取45g的環(huán)氧樹脂Ε31，溶解于適量的體積比為1: 2:1的乙醇、甲苯、多縮水 甘油醚混合溶劑，使用低速攪拌機(jī)(攪拌速率30rpm)進(jìn)行攪拌直至環(huán)氧樹脂E31完全溶解， 得到粘結(jié)劑溶液備用；
[0110] S54:將S52所得復(fù)合紅外功能納米填料、S53所得粘結(jié)劑溶液在真空高速攪拌罐中 進(jìn)行混合，通過添加體積比為1: 2:1的乙醇、甲苯、多縮水甘油醚混合溶劑直至所得混合液 的粘度為涂_4#32s，然后調(diào)整分散機(jī)轉(zhuǎn)速為50000rpm，真空度為-0.75Mpa，分散時(shí)間為8h， 得到初級(jí)涂料；
[0111] S55:將S54所得涂料經(jīng)過260目的分級(jí)篩，從而形成一定細(xì)度范圍內(nèi)的散熱漿料；
[0112] S56:將S55所得散熱漿料與固化劑乙二胺分開包裝。
[0113] 應(yīng)用：將S55所得涂料與0.5%固化劑聚酰胺混合，并攪拌lOmin后，經(jīng)過高壓噴涂 工藝(噴槍口徑>2_)，噴涂于測(cè)試板表面，涂層厚度為420μπι，檢測(cè)其性能。
[0114] 性能測(cè)定狀態(tài):近似灰褐色液體漿料；固含量：多40% ;干燥時(shí)間：<3h;耐酸堿性： 72h無異常;抗熱震性能:加熱到150 °C，保溫30min，然后迅速冷卻，20次循環(huán)無異常；導(dǎo)熱系 數(shù)(W/(m · K)): 1.42，粘度:涂-4#32s;涂層輻射率高于0.80，如圖4中曲線所示。
[0115] 以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精 神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種石墨締紅外散熱涂料，包括如下質(zhì)量百分比的組分： 成膜樹脂 20-45% 石墨婦 1-10% 紅外插射功能一維納米材料30-50% 硬質(zhì)功能輔助填料1.5~5% 樹脂固化劑 0-3%。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨締紅外散熱涂料，其特征在于：所述石墨締的片徑為 0.05-卿111;和/或 所述紅外福射功能一維納米材料為紅外福射功能納米管、紅外福射功能納米線、紅外 福射功能納米纖維中的至少一種;和/或 所述硬質(zhì)功能輔助填料為WC-Co、TiC-Co、TaC-Co、NbC-Co等中的至少一種。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的石墨締紅外散熱涂料，其特征在于:所述紅外福射功能納米管 選自單壁氮化棚納米管、多壁氮化棚納米管、滲氮碳化娃納米管中的至少一種； 所述紅外福射功能納米線選自碳化娃納米線、氮化棚納米線中的至少一種； 所述紅外福射功能納米纖維選自白炭黑納米纖維、Ξ氧化二侶纖維中的至少一種； 所述硬質(zhì)功能輔助填料的粒徑為0.5-3μπι。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的石墨締紅外散熱涂料，其特征在于:所選白炭黑納米纖維的纖 維直徑為100~800nm; 所述碳化娃納米線的直徑為20~200nm; 所述Ξ氧化二侶纖維的纖維直徑為3~7μπι，單絲長(zhǎng)度為0.25~1mm; 所述單壁氮化棚納米管和/或多壁氮化棚納米管的管直徑為1.5~15nm，管長(zhǎng)為10~60 μηι。5. 根據(jù)權(quán)利要求1-4任一所述的石墨締紅外散熱涂料，其特征在于:所述石墨締的片徑 為1 -3皿，層數(shù)為1 -4層。6. 根據(jù)權(quán)利要求1-4任一所述的石墨締紅外散熱涂料，其特征在于:所述石墨締選自單 層石墨締、雙層石墨締、3-10層石墨締、氧化石墨締微片、石墨締量子點(diǎn)、石墨締納米帶、經(jīng) 過化學(xué)或物理法在石墨締中引入原子或官能團(tuán)后所形成的功能化石墨締中的至少一種。7. 根據(jù)權(quán)利要求1-4任一所述的石墨締紅外散熱涂料，其特征在于:所述成膜樹脂為環(huán) 氧樹脂、聚氨醋、氣締控樹脂中的至少一種;和/或 所述樹脂固化劑為乙二胺、間苯二胺、苯二甲胺、聚酷胺、Τ31.590X20中的一種中的至 少一種。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的石墨締紅外散熱涂料，其特征在于:所述環(huán)氧樹脂為Ε44、Ε31、 Ε51中的至少一種;所述聚氨醋為E-385P、85A、EC8180中的至少一種;所述氣締控樹脂為聚 四氣乙締、全氣（乙締丙締)共聚物、聚全氣烷氧基樹脂、乙締-四氣乙締共聚物、聚偏氣乙締 和聚氣乙締中的至少一種。9. 一種石墨締紅外散熱涂料的制備方法，包括如下步驟： 按照權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的石墨締紅外散熱涂料的組分分別稱取各組分原料； 將稱取的紅外福射功能一維納米材料、石墨締、硬質(zhì)功能輔助填料進(jìn)行球磨處理，獲得 復(fù)合紅外功能納米填料； 將所述成膜樹脂采用溶劑溶解后與所述復(fù)合紅外功能納米填料進(jìn)行混料處理，后進(jìn)行 粘度調(diào)整處理，過分級(jí)篩，獲得石墨締紅外散熱涂料的散熱混合漿料； 將稱取的所述樹脂固化劑與所述散熱混合漿料分開包裝。10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于:所述球磨處理的工藝條件為:選擇球 徑比為0.5:3:5的磨球，按照球料比為巧~1): 1的比例加入所述磨球和石墨締、紅外福射功 能一維納米材料、硬質(zhì)功能輔助填料，然后調(diào)整球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為200-60化pm，球磨30-120min; 其中球徑比為0.5:3:5的所述磨球質(zhì)量比為3:3:2; 經(jīng)所述粘度調(diào)整處理后的散熱混合漿料粘度為涂-4#20-40s。
【文檔編號(hào)】C09D163/00GK106085104SQ201610414796
【公開日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年6月14日 公開號(hào)201610414796.4, CN 106085104 A, CN 106085104A, CN 201610414796, CN-A-106085104, CN106085104 A, CN106085104A, CN201610414796, CN201610414796.4
【發(fā)明人】楊綠娟, 陳成猛, 李曉明, 陳圓媛, 蘇方遠(yuǎn), 孔慶強(qiáng)
【申請(qǐng)人】深圳市鑫成炭素科技有限公司