CN105882068A - 一种石墨烯复合金属片及其制备方法与应用 - Google Patents

一种石墨烯复合金属片及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种石墨烯复合金属片及其制备方法。该材料是由石墨烯片材和金属片交替叠置复合而成，即首先将石墨烯粉体通过含氢硅油和双马来酰亚胺共聚及固化促进剂调整聚合进行改性得到改性石墨烯，然后经熔融挤压制得石墨烯片材，此后将得到的石墨烯片材与一定厚度的铁皮经压延复合制得，其两个最外层可以一边是石墨烯片材，另一边是金属片，也可以均是金属片。本发明制备的石墨烯复合金属片具有高导热、低成本、可自动化生产和节能等优异特性，可广泛应用于SMD导电导热引线支架、照明、发光及不见光信号传输、精密器件导电、导热一体化封装基座、贴片支架等各种光电元器件和新能源领域。

Description

一种石墨烯复合金属片及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及一种石墨烯复合金属片及其制备方法与应用，属于光电元器件、新能源和节能技术领域。
背景技术
目前，铜材料因其具有良好的导电导热、耐腐蚀和机械性能而广泛应用于表面贴装器件(SMD)、LED照明、信号传输等封装基座和贴片支架的基材。但由于铜材成本一直居高不下，人们不得不开始寻求铜的替代材料，如铁材和耐高温陶瓷材料。但在高端的应用领域中，特别是共晶焊芯片、倒装芯片等对基材的导电、导热的要求较高，且对基材的膨胀系数要求小。尽管铁材的膨胀系数比铜小，但由于其导电、导热性能较差而限制了其在此类领域中的应用。陶瓷材料，特别是高导热陶瓷材料，具有优异的导热性能，但其为绝缘材料，同时还存在价位高、易碎和环境污染的缺陷，无法满足现代化大批量生产作业和应用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种石墨烯复合金属片及其制备方法与应用。
本发明所采取的技术方案是：
一种石墨烯复合金属片及其制备方法，其是由石墨烯片材和金属片交替叠置复合而成，首先将石墨烯粉体进行处理得到改性石墨烯，进而经熔融挤压制得石墨烯片材，然后将得到的石墨烯片材与一定厚度的铁皮经压延即可得到石墨烯复合金属片。具体工艺步骤如下：
(1)制备石墨烯片材：取86～92份的石墨烯粉体进行自动化除湿后，用自动化计量加料系统输送至高低温共混釜中，然后加入3～8份的液体有机硅和4～6份的双马来酰亚胺，在230℃下进行低速共混和共聚，此后再加入0.02～0.1份的固化促进剂进行调整聚合，然后将得到的改性石墨烯粉体自动输送到锥形双螺杆挤出机进行熔融挤压，从而得到石墨烯片材。
(2)制备石墨烯复合金属片：将已预热的一定厚度的铁皮卷带和(1)中得到的石墨烯片材同时输送至大型加温压延滚轮(温度控制在260℃-280℃)，且在输送过程中在与石墨烯片材结合的铁皮表面涂刷一层胶黏剂，将石墨烯片材和铁皮进行对接后，在二滚压延中将两者紧密压延，再在三滚压延中进行厚度尺寸控制，然后利用风冷装置固定产品并冷却，最后经自动化牵引、收边、切割、分条、包装即可。
所述的石墨烯粉体的粒径为8～10μm。
所述的液体有机硅为硅氢在分子链中间的侧含氢硅油，其硅氢含量为0.03～1.2％。
所述的双马来酰亚胺为二苯甲烷双马来酰亚胺。
所述的固化促进剂为2-甲基咪唑或2-乙基-4-甲基咪唑。
所述的胶黏剂为有机硅胶黏剂，厚度为0.05～0.1μm。
所述的石墨烯片材的厚度为10～300μm。
所述的铁皮的厚度为20～200μm。
所述的石墨烯复合金属片的厚度为30～500μm。
所述的石墨烯复合金属片的两个最外层可以一边是石墨烯片材，另一边是金属片，也可以均是金属片。
所述的石墨烯复合金属片，可根据需要设计不同五金冲压、折弯或拉伸等不同形状的产品，直接使用(如空调散热片或汽车发动机散热或LED散热器等领域)，也可通过注塑、注胶方式与其它材料进行结合，用于生产LED引线贴片支架、IC贴片电子、连接器等产品。如：先把材料在电镀厂进行金、银、铜等表面电镀，再把电镀后的产品进行注胶，再由精密冲床经过五金模具进行切片、包脚、折弯等形成不同款式产品。可满足SMD导电导热引线支架、芯片IC、电子元器件、手机、电脑、电视、广告灯箱、LED照明、汽车照明、紫外照明、发光及不见光信号传输、精密器件导电、导热一体化封装基座、贴片支架的应用，市场应用空间巨大。
本发明的有益效果是：(1)本发明制备的石墨烯复合金属片将铁材和石墨烯相结合，利用石墨烯高导热、高导电的优异性能，并结合铁材易加工和低成本的差异化优势，降低了使用铜材的高成本，弥补了单纯使用铁材导致的导电导热不足之短，同时具有高导热和电磁屏蔽的功能；(2)克服了现有石墨烯易碎、韧性不足、不能表面电镀和无法满足自动化生产及应用的弊端；(3)石墨烯复合金属片可做卷带式电镀表面处理、冲压、注塑、注胶，可利用现有自动化设备大批量生产，实现了低成本和高效节能。
具体实施方式
一种石墨烯复合金属片及其制备方法，其是由石墨烯片材和金属片交替叠置复合而成，首先将石墨烯粉体进行处理得到改性石墨烯，进而经熔融挤压制得石墨烯片材，然后将得到的石墨烯片材与一定厚度的铁皮经压延即可得到石墨烯复合金属片。具体工艺步骤如下：
(1)制备石墨烯片材：取86～92份的石墨烯粉体进行自动化除湿后，用自动化计量加料系统输送至高低温共混釜中，然后加入3～8份的液体有机硅和4～6份的双马来酰亚胺，在230℃下进行低速共混和共聚，此后再加入0.02～0.1份的固化促进剂进行调整聚合，然后将得到的改性石墨烯粉体自动输送到锥形双螺杆挤出机进行熔融挤压，从而得到石墨烯片材。
(2)制备石墨烯复合金属片：将已预热的一定厚度的铁皮卷带和(1)中得到的石墨烯片材同时输送至大型加温压延滚轮(温度控制在260℃-280℃)，且在输送过程中在与石墨烯片材结合的铁皮表面涂刷一层胶黏剂，将石墨烯片材和铁皮进行对接后，在二滚压延中将两者紧密压延，再在三滚压延中进行厚度尺寸控制，然后利用风冷装置固定产品并冷却，最后经自动化牵引、收边、切割、分条、包装即可。
所述的石墨烯粉体的粒径为8～10μm。
所述的液体有机硅为硅氢在分子链中间的侧含氢硅油，其硅氢含量为0.03～1.2％。
所述的双马来酰亚胺为二苯甲烷双马来酰亚胺。
所述的固化促进剂为2-甲基咪唑或2-乙基-4-甲基咪唑。
所述的胶黏剂为有机硅胶黏剂，厚度为0.05～0.1μm。
所述的石墨烯片材的厚度为10～300μm。
所述的铁皮的厚度为20～200μm。
所述的石墨烯复合金属片的厚度为30～500μm。
所述的石墨烯复合金属片的两个最外层可以一边是石墨烯片材，另一边是金属片，也可以均是金属片。
下面结合具体实施例对本发明的配方和制备方法做进一步的说明：
实施例1：
首先将90份的石墨烯粉体进行自动化除湿后，用自动化计量加料系统输送至高低温共混釜中，然后加入5.54份的侧含氢硅油和4.4份的二苯甲烷双马来酰亚胺，在230℃下进行低速共混和共聚，此后再加入0.06份的2-甲基咪唑进行调整聚合，然后将得到的改性石墨烯粉体自动输送到锥形双螺杆挤出机进行熔融挤压，得到石墨烯片材；然后将已预热的一定厚度的铁皮卷带和石墨烯片材同时输送至大型加温压延滚轮(温度控制在260℃-280℃)，且在输送过程中在与石墨烯片材结合的铁皮表面涂刷一层胶黏剂，将石墨烯片材和铁皮进行对接后，在二滚压延中将两者紧密压延，再在三滚压延中进行厚度尺寸控制，然后利用风冷装置固定产品并冷却，最后经自动化牵引、收边、切割、分条、包装，得到石墨烯片材/金属片两层结构的石墨烯复合金属片。
实施例2：
首先将92份的石墨烯粉体进行自动化除湿后，用自动化计量加料系统输送至高低温共混釜中，然后加入3.98份的侧含氢硅油和4.0份的二苯甲烷双马来酰亚胺，在230℃下进行低速共混和共聚，此后再加入0.02份的2-甲基咪唑进行调整聚合，然后将得到的改性石墨烯粉体自动输送到锥形双螺杆挤出机进行熔融挤压，得到石墨烯片材；然后将已预热的一定厚度的铁皮卷带和石墨烯片材同时输送至大型加温压延滚轮(温度控制在260℃-280℃)，且在输送过程中在与石墨烯片材结合的铁皮表面涂刷一层胶黏剂，将石墨烯片材和铁皮进行对接后，在二滚压延中将两者紧密压延，再在三滚压延中进行厚度尺寸控制，然后利用风冷装置固定产品并冷却，最后经自动化牵引、收边、切割、分条、包装，得到金属片/石墨烯片材/金属片三层结构的石墨烯复合金属片。
实施例3：
首先将85.9份的石墨烯粉体进行自动化除湿后，用自动化计量加料系统输送至高低温共混釜中，然后加入8.0份的侧含氢硅油和6.0份的二苯甲烷双马来酰亚胺，在230℃下进行低速共混和共聚，此后再加入0.1份的2-乙基-4-甲基咪唑进行调整聚合，然后将得到的改性石墨烯粉体自动输送到锥形双螺杆挤出机进行熔融挤压，得到石墨烯片材；然后将已预热的一定厚度的铁皮卷带和石墨烯片材同时输送至大型加温压延滚轮(温度控制在260℃-280℃)，且在输送过程中在与石墨烯片材结合的铁皮表面涂刷一层胶黏剂，将石墨烯片材和铁皮进行对接后，在二滚压延中将两者紧密压延，再在三滚压延中进行厚度尺寸控制，得到石墨烯片材/金属片两层结构的石墨烯复合金属片。然后将得到的两层结构的石墨烯复合金属片以同样的加工工艺进行叠置压延复合、风冷装置固定产品并冷却、自动化牵引、收边、切割、分条、包装，得到四层结构的石墨烯复合金属片。
实施例4：
首先将88份的石墨烯粉体进行自动化除湿后，用自动化计量加料系统输送至高低温共混釜中，然后加入6.32份的侧含氢硅油和5.6份的二苯甲烷双马来酰亚胺，在230℃下进行低速共混和共聚，此后再加入0.08份的2-甲基咪唑进行调整聚合，然后将得到的改性石墨烯粉体自动输送到锥形双螺杆挤出机进行熔融挤压，得到石墨烯片材；然后将已预热的一定厚度的铁皮卷带和石墨烯片材同时输送至大型加温压延滚轮(温度控制在260℃-280℃)，且在输送过程中在与石墨烯片材结合的铁皮表面涂刷一层胶黏剂，将石墨烯片材和铁皮进行对接后，在二滚压延中将两者紧密压延，再在三滚压延中进行厚度尺寸控制，得到金属片/石墨烯片材/金属片两层结构的石墨烯复合金属片，然后将其与两层结构的石墨烯复合金属片以同样的加工工艺进行叠置压延复合、风冷装置固定产品并冷却、自动化牵引、收边、切割、分条、包装，得到五层结构的石墨烯复合金属片。
实施例5：
首先将89份的石墨烯粉体进行自动化除湿后，用自动化计量加料系统输送至高低温共混釜中，然后加入5.73份的侧含氢硅油和5.2份的二苯甲烷双马来酰亚胺，在230℃下进行低速共混和共聚，此后再加入0.07份的2-乙基-4-甲基咪唑进行调整聚合，然后将得到的改性石墨烯粉体自动输送到锥形双螺杆挤出机进行熔融挤压，得到石墨烯片材；然后将已预热的一定厚度的铁皮卷带和石墨烯片材同时输送至大型加温压延滚轮(温度控制在260℃-280℃)，且在输送过程中在与石墨烯片材结合的铁皮表面涂刷一层胶黏剂，将石墨烯片材和铁皮进行对接后，在二滚压延中将两者紧密压延，再在三滚压延中进行厚度尺寸控制，得到石墨烯片材/金属片两层结构的石墨烯复合金属片。将得到的两层结构的石墨烯复合金属片以同样的加工工艺进行叠置压延复合得到四层结构的石墨烯复合金属片。然后将得到的四层结构的石墨烯复合金属片以同样的加工工艺进行叠置压延复合、风冷装置固定产品并冷却、自动化牵引、收边、切割、分条、包装，得到八层结构的石墨烯复合金属片。
对实施例1～5获得的石墨烯复合金属片的导热性能进行检测，相关数据分别列于表1。
表1：实施例1～5中获得材料的导热性能数据表

Claims (8)

1.一种石墨烯复合金属片及其制备方法，其特征在于：由石墨烯片材和金属片交替叠置复合而成，首先将石墨烯粉体进行处理得到改性石墨烯，进而经熔融挤压制得石墨烯片材，然后将得到的石墨烯片材与一定厚度的铁皮经压延即可得到石墨烯复合金属片。
2.根据权利要求1所述的一种石墨烯复合金属片及其制备方法，其特征在于：具体工艺步骤如下：
(1)制备石墨烯片材：取86～92份的石墨烯粉体进行自动化除湿后，用自动化计量加料系统输送至高低温共混釜中，然后加入3～8份的液体有机硅和4～6份的双马来酰亚胺，在230℃下进行低速共混和共聚，此后再加入0.02～0.1份的固化促进剂进行调整聚合，然后将得到的改性石墨烯粉体自动输送到锥形双螺杆挤出机进行熔融挤压，从而得到石墨烯片材。
(2)制备石墨烯复合金属片：将已预热的一定厚度的铁皮卷带和(1)中得到的石墨烯片材同时输送至大型加温压延滚轮(温度控制在260℃-280℃)，且在输送过程中在与石墨烯片材结合的铁皮表面涂刷一层胶黏剂，将石墨烯片材和铁皮进行对接后，在二滚压延中将两者紧密压延，再在三滚压延中进行厚度尺寸控制，然后利用风冷装置固定产品并冷却，最后经自动化牵引、收边、切割、分条、包装即可。
3.根据权利要求2所述的一种石墨烯复合金属片及其制备方法，其特征在于：步骤(1)中的石墨烯粉体的粒径为8～10μm。
4.根据权利要求2所述的一种石墨烯复合金属片及其制备方法，其特征在于：步骤(1)中的液体有机硅为硅氢在分子链中间的侧含氢硅油，其硅氢含量为0.03～1.2％。
5.根据权利要求2所述的一种石墨烯复合金属片及其制备方法，其特征在于：步骤(1)中的双马来酰亚胺为二苯甲烷双马来酰亚胺。
6.根据权利要求2所述的一种石墨烯复合金属片及其制备方法，其特征在于：步骤(1)中的固化促进剂为2-甲基咪唑或2-乙基-4-甲基咪唑。
7.根据权利要求2所述的一种石墨烯复合金属片及其制备方法，其特征在于：步骤(2)中的胶黏剂为有机硅胶黏剂。
8.根据权利要求1和权利要求2所述的一种石墨烯复合金属片及其制备方法，其特征在于：石墨烯复合金属片的两个最外层可以一边是石墨烯片材，另一边是金属片，也可以均是金属片，步骤(1)中的石墨烯片材的厚度为10～300μm，步骤(2)中的铁皮的厚度为20～200μm，胶黏剂的厚度为0.05～0.1μm，石墨烯复合金属片的总厚度为30～500μm。
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