CN103889196B - 一种高导热人工石墨膜的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种纳米新材料的制备方法，特别是一种高导热石墨膜的制备方法。首先在一定温度下，将添加酸二酐、二胺化合物以及有机极性溶剂在反应釜中聚合成聚酰胺酸溶液；再将聚酰胺酸溶液与酰亚胺化促进剂、脱水剂、封端剂、微波发热材料以及纳米黑液材料在搅拌釜中进行搅拌后，放置于支持体上流延成膜状，然后在烘箱中加热烘干，得到聚酰亚胺膜；再将制得的聚酰亚胺膜做为原料，交叉堆叠，碳化以及石墨化，最后制备出高导热人工石墨膜。本发明工艺先进，制得的石墨膜具有较高的导热性能和优异的抗弯曲性能。
Description
技术领域
本发明涉及散热技术领域，涉及一种高导热人工石墨膜的制备方法。
技术背景
随着微电子集成技术和高密度印制板组装技术的迅速发展，组装密度迅速提高，电子元件、逻辑电路体积成千上万倍地缩小，电子仪器及设备日益朝轻、薄、短、小的方向发展。在高频工作频率下，半导体工作热环境向高温方向迅速移动，此时，电子元器件产生的热量迅速积累、增加，在使用环境温度下，要使电子元器件仍能高可靠性地正常工作，及时散热能力成为影响其使用寿命的关键限制因素。为保障元器件运行可靠性，需使用高可靠性、高导热性能等综合性能优异的材料，迅速、及时地将发热元件积聚的热量传递给散热设备，保障电子设备正常运行。石墨膜材料的制造方案，典型实施方式，包括有膨胀石墨法，它是通过将天然石墨和浓酸相混合，使其膨胀生成人造石墨，去酸之后高压压挤生成石墨膜。需要指出的是，利用这种方法制造的人造石墨膜材料，在导热性能、导电性能以及强度方面，都不算是很理想。另一典型实施方式，是选择有机的高分子薄膜材料直接进行热处理，进行石墨化。在进行石墨膜材料制备的过程中，不会混入酸成分等杂质，另一方面，所制造的石墨膜材料在耐弯曲性、导热性、导电性等方面，都有较大的优势。通过高分子薄膜材料进行石墨化的过程中，加工的工艺条件会对生成的石墨膜的品质，产生较大的影响。在这种情况下，如何选择更为合适的工艺条件来制备石墨膜材料，是一个重要课题。
发明内容
本发明的目的是提供一种高导热人工石墨膜的制备方法，所述的人工石墨膜具有高导热性和优异的抗弯曲性能。
本发明的技术解决方案是，先制备出理想的聚酰亚胺膜，然后进行碳化和石墨化，最后压延制得石墨膜，具体工艺步骤如下：
（1）在温度40～80℃下，添加20～35g酸二酐和40～75g二胺化合物到盛有有机极性溶剂的反应釜中，搅拌5～30min，混合均匀，聚合完成后制得聚酰胺酸溶液；
（2）将制得的聚酰胺酸溶液与2～5g酰亚胺化促进剂、1～5g脱水剂、4～10g封端剂、5～15g微波发热材料以及2～7g纳米黑液材料放置于搅拌釜中，搅拌10～40min，搅拌均匀后，放置于支持体上进行流延成膜状，最后在温度为80～100℃的烘箱中加热烘干，得到聚酰亚胺膜；
（3）选择聚酰亚胺膜做为原料，交叉堆叠，放置于碳化炉中在一定的时间内升温至碳化温度，进行碳化，然后将碳化完的材料移至石墨化炉中进行石墨化，取出压延。
所述酸二酐为苯均四酸二酐、2，3，6，7-萘四羧酸二酐，1，2，5，6-萘四羧酸二酐以及双酚A二（苯偏三酸单酯酸酐）中的一种或多种混合物，优选苯均四酸二酐。
所述二胺化合物对苯撑二胺、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种或多种混合物，优选对苯撑二胺。
所述有机极性溶剂为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，优选N，N-二甲基甲酰胺。
所述酰亚胺化促进剂甲基吡啶、喹啉、异喹啉中的一种，优选甲基吡啶。
所述脱水剂为乙酸酐或无水硫酸钠中的一种。
所述封端剂为PEPA或烷氧基甲硅烷基化合物中的一种。
所述微波发热材料为氧化锌与碳化硅组合类吸微波发热材料。
所述纳米黑液材料由黑色纳米粉体与乙二醇水溶液和分散剂混合而成。
所述支持体为支持板、PET膜、滚筒以及环形带中的一种。
本发明与现有技术相比，所具备的优点是：
（1）所制备的聚酰亚胺膜具备线膨胀系数小和双折射大等优势，其做为原料容易制得结晶性高、密度以及热扩散性优良的石墨膜。
（2）将添加微波发热材料与纳米黑液材料到聚酰亚胺膜中，有利于热量的吸收转化，更有利于聚酰亚胺的碳化石墨化完全。
（3）制得的人工石墨膜具有高导热性和优异的抗弯曲性能。
具体实施方式
下面对本发明的优选实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
实施例1
在温度40℃下，添加20g酸二酐和40g二胺化合物到盛有有机极性溶剂的反应釜中，搅拌5min，混合均匀，聚合完成后制得聚酰胺酸溶液。将制得的聚酰胺酸溶液与2g酰亚胺化促进剂、1g脱水剂、4g封端剂、5g微波发热材料以及2g纳米黑液材料放置于搅拌釜中，搅拌10min，搅拌均匀后，放置于支持体上进行流延成膜状，最后在温度为80℃的烘箱中加热烘干，得到聚酰亚胺膜。选择聚酰亚胺膜做为原料，交叉堆叠，放置于碳化炉中在一定的时间内升温至碳化温度，进行碳化，然后将碳化完的材料移至石墨化炉中进行石墨化，取出压延，制得人工导热石墨膜，导热系数为1870W/m·k。
实施例2
在温度60℃下，添加30g酸二酐和50g二胺化合物到盛有有机极性溶剂的反应釜中，搅拌10min，混合均匀，聚合完成后制得聚酰胺酸溶液。将制得的聚酰胺酸溶液与3g酰亚胺化促进剂、2g脱水剂、6g封端剂、12g微波发热材料以及5g纳米黑液材料放置于搅拌釜中，搅拌17min，搅拌均匀后，放置于支持体上进行流延成膜状，最后在温度为100℃的烘箱中加热烘干，得到聚酰亚胺膜。选择聚酰亚胺膜做为原料，交叉堆叠，放置于碳化炉中在一定的时间内升温至碳化温度，进行碳化，然后将碳化完的材料移至石墨化炉中进行石墨化，取出压延，制得人工导热石墨膜，导热系数为1890W/m·k。
实施例3
在温度80℃下，添加35g酸二酐和75g二胺化合物到盛有有机极性溶剂的反应釜中，搅拌30min，混合均匀，聚合完成后制得聚酰胺酸溶液。将制得的聚酰胺酸溶液与5g酰亚胺化促进剂、5g脱水剂、10g封端剂、15g微波发热材料以及7g纳米黑液材料放置于搅拌釜中，搅拌40min，搅拌均匀后，放置于支持体上进行流延成膜状，最后在温度为100℃的烘箱中加热烘干，得到聚酰亚胺膜。选择聚酰亚胺膜做为原料，交叉堆叠，放置于碳化炉中在一定的时间内升温至碳化温度，进行碳化，然后将碳化完的材料移至石墨化炉中进行石墨化，取出压延，制得人工导热石墨膜，导热系数为1907W/m·k。
Claims (10)
1.一种高导热人工石墨膜的制备方法，其特征在于：通过聚合、加热烘干制得聚酰亚胺膜，再将聚酰亚胺膜进行碳化和石墨化，然后压延制得石墨膜，具体工艺步骤如下：
（1）在温度40～80℃下，添加20～35g酸二酐和40～75g二胺化合物到盛有有机极性溶剂的反应釜中，搅拌5～30min，混合均匀，聚合完成后制得聚酰胺酸溶液；
（2）将制得的聚酰胺酸溶液与2～5g酰亚胺化促进剂、1～5g脱水剂、4～10g封端剂、5～15g微波发热材料以及2～7g纳米黑液材料放置于搅拌釜中，搅拌10～40min，搅拌均匀后，放置于支持体上进行流延成膜状，最后在温度为80～100℃的烘箱中加热烘干，得到聚酰亚胺膜；
（3）以聚酰亚胺膜为原料，交叉堆叠，放置于碳化炉中在一定的时间内升温至碳化温度，进行碳化，然后再将碳化完的材料移至石墨化炉中进行石墨化，取出压延。
2.如权利要求1所述的一种高导热人工石墨膜的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述的酸二酐为苯均四酸二酐、2，3，6，7-萘四羧酸二酐、1，2，5，6-萘四羧酸二酐以及双酚A二（苯偏三酸单酯酸酐）中的一种或多种混合物。
3.如权利要求1所述的一种高导热人工石墨膜的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述的二胺化合物，为对苯撑二胺、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种或多种混合物。
4.如权利要求1所述的一种高导热人工石墨膜的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述的有机极性溶剂，为N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺以及N-甲基-2-吡咯烷酮中的一种。
5.如权利要求1所述的一种高导热人工石墨膜的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所述的酰亚胺化促进剂为甲基吡啶、喹啉、异喹啉中的一种。
6.如权利要求1所述的一种高导热人工石墨膜的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所述的脱水剂为乙酸酐或无水硫酸钠中的一种。
7.如权利要求1所述的一种高导热人工石墨膜的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所述的封端剂为PEPA或烷氧基甲硅烷基化合物中的一种。
8.如权利要求1所述的一种高导热人工石墨膜的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所述的微波发热材料为氧化锌与碳化硅组合类吸微波发热材料。
9.如权利要求1所述的一种高导热人工石墨膜的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所述的纳米黑液材料由黑色纳米粉体与乙二醇水溶液和分散剂混合而成。
10.如权利要求1所述的一种高导热人工石墨膜的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所述的支持体为支持板、PET膜、滚筒以及环形带中的一种。
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