CN104761873A - 一种石墨烯微片/粉末丁腈橡胶/环氧树脂导热复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种石墨烯微片/粉末丁腈橡胶/环氧树脂导热复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种石墨烯微片/粉末丁腈橡胶/环氧树脂导热复合材料及其制备方法，利用75～94重量份的环氧树脂、1～20重量份的石墨烯微片、5重量份粉末丁腈橡胶、60～75重量份的甲基六氢苯酐和0.05～1重量份γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷制备。本发明采用高导热石墨烯微片为导热改性剂，粉末丁腈橡胶为增韧改性剂，可以在提高环氧树脂导热性能的同时尽可能地维持其冲击强度。

Description

一种石墨烯微片/粉末丁腈橡胶/环氧树脂导热复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种复合材料，特别是一种石墨烯微片/粉末丁腈橡胶/环氧树脂导热复合材料及其制备方法，还涉及这种石墨烯微片/粉末丁腈橡胶/环氧树脂导热复合材料的制备方法。
背景技术
环氧树脂具有优异的力学性能、电绝缘性、化学稳定性，以及收缩率低、易成型加工和成本低廉等优点，在机械化工、电子电气和航空航天等领域得到广泛应用。然而，环氧树脂自身导热性能较差(导热系数仅为0.20W/mK)，且环氧树脂固化物冲击强度较差。为了进一步拓展环氧树脂在电子封装等要求耐高温、低热膨胀系数并具有良好传热性能场合的应用，改进环氧树脂的导热性能和冲击强度是技术关键。
国内外学者大多采用在环氧树脂中填充单一或复的高导热金属或无机导热填料来制备环氧树脂导热复合材料，该法比较常用，制备成本低且易成型加工。但采用该法所制备的环氧树脂导热复合材料大多力学性能(冲击强度)通常较差，无法满足界面材料及封装材料对其力学性能(冲击强度)的特定要求。
发明内容
为了克服现有技术导热性能和冲击强度差的不足，本发明提供一种石墨烯微片/粉末丁腈橡胶/环氧树脂导热复合材料。该方法采用高导热石墨烯微片(GNPs)为导热改性剂，粉末丁腈橡胶(PNBRs)为增韧改性剂，可以在提高环氧树脂导热性能的同时尽可能地维持其冲击强度。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种石墨烯微片/粉末丁腈橡胶/环氧树脂导热复合材料，其组分包括75～94重量份的环氧树脂、1～20重量份的石墨烯微片(GNPs)、5重量份粉末丁腈橡胶(PNBRs)、60～75重量份的甲基六氢苯酐(MeHHPA)和0.05～1重量份γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷(KH-560)。
本发明还提供一种石墨烯微片/粉末丁腈橡胶/环氧树脂导热复合材料的制备方法，包括下述步骤：
(a)将1～20重量份GNPs放入6～120重量份无水乙醇中浸泡24h，蒸馏水冲洗干净后，放入100℃烘箱中真空干燥24h，冷却至室温后浸泡在浓度为30wt％的MSA(0.4～8重量份)/蒸馏水溶液中，80℃下处理36h，再经蒸馏水冲洗干净后，放入100℃烘箱中真空干燥24h，待冷却至室温后分散在10～200重量份无水乙醇中，搅拌均匀后倒入0.05～1重量份的KH-560，在70℃下反应6h，室温静置24h，再经蒸馏水冲洗干净后，放入100℃烘箱中真空干燥24h，冷却至室温后，制得MSA/KH-560改性GNPs(fGNPs)。
(b)将75～94重量份的环氧树脂在60℃预热，加入5重量份的PNBRs、60～75重量份的MeHHPA和经步骤(a)表面改性的fGNPs，经搅拌(60℃/0.5h)、超声(100W/30℃/0.5h)、抽真空(-0.1MPa/60℃/0.5h)脱泡后，浇注到60℃预热的玻璃模具中，按100℃/1h+120℃/2h+150℃/4h工艺固化，再在190℃后处理3h，冷却至室温开模即得石墨烯微片/粉末丁腈橡胶/环氧树脂导热复合材料。
本发明的有益结果是：由于采用表面改性的fGNPs导热改性剂和粉末丁腈橡胶增韧剂，使环氧树脂复合材料具有较高的导热性能时仍能尽可能地维持其冲击强度，其导热系数由现有技术的0.201W/mK提高到0.220～0.880W/mK，冲击强度维持在10.8～23.8kJ/m2之间。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。
实施例1，将1g GNPs放入6g无水乙醇中浸泡24h，蒸馏水冲洗干净后，放入100℃烘箱中真空干燥24h，冷却至室温后浸泡在浓度为30wt％的MSA(0.04g)/蒸馏水溶液中，80℃下处理36h，再经蒸馏水冲洗干净后，放入100℃烘箱中真空干燥24h，冷却至室温后分散在10g无水乙醇中，搅拌均匀后倒入0.05g KH-560，在70℃下反应6h，室温静置24h，再经蒸馏水冲洗干净后，放入100℃烘箱中真空干燥24h，冷却至室温后，制得1g MSA/KH-560改性GNPs(fGNPs)。称取94g环氧树脂在60℃预热，加入5g PNBRs、75g MeHHPA和1g fGNPs，经搅拌(60℃/0.5h)、超声(100W/30℃/0.5h)、抽真空(-0.1MPa/60℃/0.5h)脱泡后，浇注到60℃预热的玻璃模具中，按100℃/1h+120℃/2h+150℃/4h工艺条件固化，再在190℃后处理3h，冷却至室温开模即得石墨烯微片/粉末丁腈橡胶/环氧树脂导热复合材料。
经测试，所制备的石墨烯微片/粉末丁腈橡胶/环氧树脂导热复合材料的导热系数为0.220W/mK，冲击强度为23.8kJ/m2。
实施例2，将20g GNPs放入120g无水乙醇中浸泡24h，蒸馏水冲洗干净后，放入100℃烘箱中真空干燥24h，冷却至室温后浸泡在浓度为30wt％的MSA(8g)/蒸馏水溶液中，80℃下处理36h，再经蒸馏水冲洗干净后，放入100℃烘箱中真空干燥24h，冷却至室温后分散在200g无水乙醇中，搅拌均匀后倒入1g KH-560，在70℃下反应6h，室温静置24h，再经蒸馏水冲洗干净后，放入100℃烘箱中真空干燥24h，冷却至室温后，制得20g MSA/KH-560改性GNPs(fGNPs)。称取75g环氧树脂在60℃预热，加入5g PNBRs、60g MeHHPA和20g fGNPs，经搅拌(60℃/0.5h)、超声(100W/30℃/0.5h)、抽真空(-0.1MPa/60℃/0.5h)脱泡后，浇注到60℃预热的玻璃模具中，按100℃/1h+120℃/2h+150℃/4h工艺条件固化，再在190℃后处理3h，冷却至室温开模即得石墨烯微片/粉末丁腈橡胶/环氧树脂导热复合材料。
经测试，所制备的石墨烯微片/粉末丁腈橡胶/环氧树脂导热复合材料的导热系数为0.880W/mK，冲击强度为10.8kJ/m2。
实施例3，将5g GNPs放入30g无水乙醇中浸泡24h，蒸馏水冲洗干净后，放入100℃烘箱中真空干燥24h，冷却至室温后浸泡在浓度为30wt％的MSA(2g)/蒸馏水溶液中，80℃下处理36h，再经蒸馏水冲洗干净后，放入100℃烘箱中真空干燥24h，冷却至室温后分散在50g无水乙醇中，搅拌均匀后倒入0.25g KH-560，在70℃下反应6h，室温静置24h，再经蒸馏水冲洗干净后，放入100℃烘箱中真空干燥24h，冷却至室温后，制得5g MSA/KH-560改性GNPs(fGNPs)。称取90g环氧树脂在60℃预热，加入5g PNBRs、72g MeHHPA和5g fGNPs，经搅拌(60℃/0.5h)、超声(100W/30℃/0.5h)、抽真空(-0.1MPa/60℃/0.5h)脱泡后，浇注到60℃预热的玻璃模具中，按100℃/1h+120℃/2h+150℃/4h工艺条件固化，再在190℃后处理3h，冷却至室温开模即得石墨烯微片/粉末丁腈橡胶/环氧树脂导热复合材料。
经测试，所制备的石墨烯微片/粉末丁腈橡胶/环氧树脂导热复合材料的导热系数为0.322W/mK，冲击强度为15.2kJ/m2。
实施例4，将15g GNPs放入90g无水乙醇中浸泡24h，蒸馏水冲洗干净后，放入100℃烘箱中真空干燥24h，冷却至室温后浸泡在浓度为30wt％的MSA(6g)/蒸馏水溶液中，80℃下处理36h，再经蒸馏水冲洗干净后，放入100℃烘箱中真空干燥24h，冷却至室温后分散在150g无水乙醇中，搅拌均匀后倒入0.75g KH-560，在70℃下反应6h，室温静置24h，再经蒸馏水冲洗干净后，放入100℃烘箱中真空干燥24h，冷却至室温后，制得15g MSA/KH-560改性GNPs(fGNPs)。称取80g环氧树脂在60℃预热，加入5g PNBRs、64g MeHHPA和15g fGNPs，经搅拌(60℃/0.5h)、超声(100W/30℃/0.5h)、抽真空(-0.1MPa/60℃/0.5h)脱泡后，浇注到60℃预热的玻璃模具中，按100℃/1h+120℃/2h+150℃/4h工艺条件固化，再在190℃后处理3h，冷却至室温开模即得石墨烯微片/粉末丁腈橡胶/环氧树脂导热复合材料。
经测试，所制备的石墨烯微片/粉末丁腈橡胶/环氧树脂导热复合材料的导热系数为0.652W/mK，冲击强度为11.7kJ/m2。
实施例5，将10g GNPs放入60g无水乙醇中浸泡24h，蒸馏水冲洗干净后，放入100℃烘箱中真空干燥24h，冷却至室温后浸泡在浓度为30wt％的MSA(4g)/蒸馏水溶液中，80℃下处理36h，再经蒸馏水冲洗干净后，放入100℃烘箱中真空干燥24h，冷却至室温后分散在100g无水乙醇中，搅拌均匀后倒入0.5g KH-560，在70℃下反应6h，室温静置24h，再经蒸馏水冲洗干净后，放入100℃烘箱中真空干燥24h，冷却至室温后，制得10g MSA/KH-560改性GNPs(fGNPs)。称取85g环氧树脂在60℃预热，加入5g PNBRs、68g MeHHPA和10g fGNPs，经搅拌(60℃/0.5h)、超声(100W/30℃/0.5h)、抽真空(-0.1MPa/60℃/0.5h)脱泡后，浇注到60℃预热的玻璃模具中，按100℃/1h+120℃/2h+150℃/4h工艺条件固化，再在190℃后处理3h，冷却至室温开模即得石墨烯微片/粉末丁腈橡胶/环氧树脂导热复合材料。
经测试，所制备的石墨烯微片/粉末丁腈橡胶/环氧树脂导热复合材料的导热系数为0.520W/mK，冲击强度为12.5kJ/m2。

Claims (3)

1.一种石墨烯微片/粉末丁腈橡胶/环氧树脂导热复合材料，其特征在于：组分包括75～94重量份的环氧树脂、1～20重量份的石墨烯微片、5重量份粉末丁腈橡胶、60～75重量份的甲基六氢苯酐和0.05～1重量份γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷。
2.一种权利要求1所述石墨烯微片/粉末丁腈橡胶/环氧树脂导热复合材料的制备方法，其特征在于包括下述步骤：
(a)将1～20重量份GNPs放入6～120重量份无水乙醇中浸泡24h，然后用蒸馏水冲洗干净，放入100℃烘箱中真空干燥24h，冷却至室温后浸泡在0.4～8重量份浓度为30wt％的MSA/蒸馏水溶液中，80℃下处理36h，再经蒸馏水冲洗干净后，放入100℃烘箱中真空干燥24h，待冷却至室温后分散在10～200重量份无水乙醇中，搅拌均匀后倒入0.05～1重量份的KH-560，在70℃下反应6h，室温静置24h，再经蒸馏水冲洗干净后，放入100℃烘箱中真空干燥24h，冷却至室温后，制得fGNPs；
(b)将75～94重量份的环氧树脂在60℃预热，加入5重量份的PNBRs、60～75重量份的MeHHPA和fGNPs，经搅拌、超声、抽真空脱泡后，浇注到60℃预热的玻璃模具中，依次经100℃加热1h、120℃加热2h、150℃加热4h固化，再在190℃后处理3h，冷却至室温开模即得石墨烯微片/粉末丁腈橡胶/环氧树脂导热复合材料。
3.根据权利要求2所述石墨烯微片/粉末丁腈橡胶/环氧树脂导热复合材料的制备方法，其特征在于：所述的搅拌在60℃下进行0.5h，所述的超声功率为100W，在30℃下进行0.5h，所述的抽真空条件为-0.1MPa，60℃下进行0.5h。
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