CN110157266A - 一种高导热石墨烯吸波复合材料及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于复合材料技术领域，尤其涉及一种高导热石墨烯吸波复合材料及制备方法；所述复合材料以吸波材料为基底，所述基底上涂覆有若干石墨烯膜层，所述石墨烯膜层的原料包括：石墨烯、有机高分子溶液、树脂，其质量份组成如下：(0.1‑10):(1‑20):(0.5‑1)；本发明中的高导热石墨烯吸波复合材料，采用石墨烯膜与吸波材料复合制备出的石墨烯吸波材料，吸波材料性能未受到影响，同时由于石墨烯具有优秀的导热性能从而大幅提升了吸波材料整体的散热性能；本发明中的高导热石墨烯吸波复合材料，采用多层涂覆的方式，与传统石墨烯作为添加料的方式不同，制备出的石墨烯吸波材料表面具有较强的韧性及硬度，可适用于各类机械加工且不会发生碎裂或形变。

Description

一种高导热石墨烯吸波复合材料及制备方法
技术领域
本发明属于复合材料技术领域，尤其涉及一种高导热石墨烯吸波复合材料及制备方法。
背景技术
随着5G技术的逐渐普及与推广，各种包括无线医疗、网联智能汽车、智能制造、智慧电力等热门应用受到了人们普遍的关注，其中相对应产生的电磁辐射污染则日益严重，电磁辐射不仅会干扰电子仪器及设备的正常工作，而且会影响人们的身体健康。目前基于上述问题，主要的解决办法是使用吸波材料，吸波材料具有吸收强、频带宽、厚度薄、稳定性好、无污染等优势，能将电磁辐射转化为热能而消耗并散发，从而有效降低电磁辐射带来的污染。然而，在吸波材转化过程中将会产出大量的热量且吸波材自身散热性能较差，这将促使电子元器件温度过高最终导致器件工作效率降低甚至发生损坏。因此，吸波材目前还无法满足由5G科技孕育的一批对电磁波吸收及散热性能提出更高要求的电子设备。
石墨烯是单原子厚度的碳原子层结构，是今年来被发现的新型二维碳素晶体。石墨烯由于具有优异的导热性能、力学性能、电学性能和独特的纳米结构，使其成为材料学领域研究的热点。其中，石墨烯的导热系数高达5300W/m.k，是制备高导热材料的理想原料之一。通过将石墨烯与吸波材复合，可以在不影响吸波材磁导率的条件下，大幅提升吸波材整体的散热性能，增强吸波转化效率的同时有效驱散其产出的热量，在通讯电子材料中具有极强的使用前景。然而，目前石墨烯与吸波材料主要的制备方式为在吸波剂中单纯添加石墨烯，通过碳化、石墨化获得石墨烯类吸波膜，而该方法制备的石墨烯类吸波膜导热系数较低，材料表面弹性差并且脆弱，在与器件使用时易发生碎裂，因此该方法制备的石墨烯类吸波膜在实际应用中受到了一定的阻碍，技术还有待改进。
发明内容
本发明的目的是：克服现有技术的不足，提供一种高导热石墨烯吸波复合材料，该高导热石墨烯吸波复合材料具有较高的导热系数，较强的拉伸性能、硬度、导热性能；
本发明的另一个目的是：提供一种高导热石墨烯吸波复合材料的制备方法，该制备方法中采用石墨烯膜与吸波材料复合制备出的石墨烯吸波材料，吸波材料性能未受到影响，同时由于石墨烯具有优秀的导热性能从而大幅提升了吸波材料整体的散热性能。该方法中采用物理压合的方式，与传统石墨烯作为添加料的方式不同，制备出的石墨烯吸波材料表面具有较强的韧性及硬度，可适用于各类机械加工且不会发生碎裂或形变。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种高导热石墨烯吸波复合材料，所述复合材料以自制吸波材料为基底，所述基底上涂覆有若干石墨烯膜层，所述石墨烯膜层的原料包括：石墨烯、有机高分子溶液、树脂，其质量份组成如下：(0.1-10) : (1-20 ) : (0.5-1)。
进一步的，所述石墨烯为单层石墨烯、多层石墨烯、氧化石墨烯中的一种或几种。
进一步的，所述高分子溶液为丙烯酸酯、聚氨酯、橡胶中的一种或几种。
进一步的，所述树脂为松香、二环戊二烯树脂、烷基酚醛树脂中的一种或几种。
一种高导热石墨烯吸波复合材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：将石墨烯超声分散于有机高分子溶液中，加入一定量的增粘树脂、分散剂搅拌混合得到石墨烯高分子溶液，以自制吸波材料为基底，通过一定的温度及速度在吸波材料表面多次涂覆并烘干石墨烯高分子溶液之 后得到石墨烯吸波材料。
进一步的，所述石墨烯、有机高分子溶液、树脂的质量比为：(0.1-10) : (1-20 ) :(0.5-1)。
进一步的，所述高温涂布的温度为60-150 oC，涂布速度为0.5-10 m/min，多次涂覆石墨烯膜的次数为1-10次。
进一步的，自制吸波材料为铁硅铝，厚度为5-200微米，磁导率为240-280。
进一步的，所述石墨烯吸波材料的厚度为6-300微米，磁导率为240-280，横向导热系数为400-2500 W/m.k。
采用本发明的技术方案的有益效果是：
1、本发明中的高导热石墨烯吸波复合材料，采用石墨烯与有机高分子材料混合并通过涂布的方式制备出的石墨烯胶膜，具有较强的拉伸性能、硬度、导热性能。
2、本发明中的高导热石墨烯吸波复合材料，采用石墨烯膜与吸波材料复合制备出的石墨烯吸波材料，吸波材料性能未受到影响，同时由于石墨烯具有优秀的导热性能从而大幅提升了吸波材料整体的散热性能。
3、本发明中的高导热石墨烯吸波复合材料，采用多层涂覆的方式，与传统石墨烯作为添加料的方式不同，制备出的石墨烯吸波材料表面具有较强的韧性及硬度，可适用于各类机械加工且不会发生碎裂或形变。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细说明。除非特别说明，下面实施方式中所使用的技术均为本领域内的技术人员已知的常规技术；所使用的仪器设备和试剂等，均为本领域内的技术人员可以通过公共途径如商购等获得的。
实施例1
一种高导热石墨烯吸波复合材料，以自制吸波材料为基底，基底上涂覆有若干石墨烯膜层，所述石墨烯膜层的原料包括：石墨烯、有机高分子溶液、树脂，其质量份组成如下：(0.1-10) : (1-20 ) : (0.5-1)。
上述高导热石墨烯吸波复合材料的制备方法如下：将1g单层石墨烯加入200g丙烯酸溶液中，添加0.3g KH550和0.5g松香混合得到石墨烯/丙烯酸溶液，以150 oC，速度为10m/min的速度涂布烘干获得5μm石墨烯胶膜，将石墨烯胶膜以400N，200 oC条件下与厚度为5μm，磁导率为240的吸波材料压合0.5小时得到厚度为5μm的石墨烯吸波材料。经过上述制备方法制备的石墨烯吸波材料磁导率为240，导热系数为400 W/m.k。
实施例2
本实施例中的高导热石墨烯吸波复合材料同实施例1。
上述高导热石墨烯吸波复合材料的制备方法如下：将100g多层石墨烯加入10g橡胶溶液中，添加200g甲苯、0.5g KH550和1g二环戊二烯树脂混合得到石墨烯/橡胶溶液，以60 oC，速度为10 m/min的速度涂布烘干获得100μm石墨烯胶膜，将石墨烯胶膜以50N，30 oC条件下与厚度为100μm，磁导率为280的吸波材料压合24小时得到厚度为80μm的石墨烯吸波材料。经过上述制备方法制备的石墨烯吸波材料磁导率为280，导热系数为3000 W/m.k。
实施例3
本实施例中的高导热石墨烯吸波复合材料同实施例1。
上述高导热石墨烯吸波复合材料的制备方法如下：将50g氧化石墨烯加入100g环氧树脂溶液中，添加130g甲苯、0.5g KH550和1g松香、5g二环戊二烯树脂、2g烷基酚醛树脂混合得到石墨烯/环氧树脂溶液，以80 oC，速度为8 m/min的速度涂布烘干获得200μm石墨烯胶膜，将石墨烯胶膜以300N，200 oC条件下与厚度为200μm，磁导率为280的吸波材料压合12小时得到厚度为300μm的石墨烯吸波材料。经过上述制备方法制备的石墨烯吸波材料磁导率为280，导热系数为2500 W/m.k。
实施例4
本实施例中的高导热石墨烯吸波复合材料同实施例1。
上述高导热石墨烯吸波复合材料的制备方法如下：将30g多层石墨烯、20g氧化石墨烯分别加入80g聚氨酯溶液中，添加70g甲苯、0.3g KH560、磷酸酯和0.8g烷基酚醛树脂混合得到石墨烯/聚氨酯溶液，以150 oC，速度为5 m/min的速度涂布烘干获得50μm石墨烯胶膜，将石墨烯胶膜以100N，100 oC条件下与厚度为80μm，磁导率为240的吸波材料压合8小时得到厚度为75μm的石墨烯吸波材料。经过上述制备方法制备的石墨烯吸波材料磁导率为240，导热系数为1900 W/m.k。
实施例5
本实施例中的高导热石墨烯吸波复合材料同实施例1。
上述高导热石墨烯吸波复合材料的制备方法如下：将5g单层石墨烯、1g氧化石墨烯分别加入80g硅橡胶溶液中，添加70g甲苯、0.3g KH560、钛酸酯和0.8g烷基酚醛树脂混合得到石墨烯/硅橡胶溶液，以150 oC，速度为8 m/min的速度涂布烘干获得30μm石墨烯胶膜，将石墨烯胶膜以200N，150 oC条件下与厚度为70μm，磁导率为240的吸波材料压合15小时得到厚度为30μm的石墨烯吸波材料。经过上述制备方法制备的石墨烯吸波材料磁导率为240，导热系数为700 W/m.k。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (9)

1.一种高导热石墨烯吸波复合材料，其特征在于：所述复合材料以吸波材料为基底，所述基底上涂覆有若干层石墨烯膜，所述石墨烯膜的原料包括：石墨烯、有机高分子溶液、树脂，其质量份组成如下：(0.1-10) : (1-20 ) : (0.5-1)。
2.根据权利要求1所述的一种高导热石墨烯吸波复合材料，其特征在于：所述石墨烯为单层石墨烯、多层石墨烯、氧化石墨烯中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的一种高导热石墨烯吸波复合材料，其特征在于：所述高分子溶液为丙烯酸酯、聚氨酯、橡胶中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种高导热石墨烯吸波复合材料，其特征在于：所述树脂为松香、二环戊二烯树脂、烷基酚醛树脂中的一种或几种。
5.一种高导热石墨烯吸波复合材料的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括以下步骤：将石墨烯超声分散于有机高分子溶液中，加入一定量的增粘树脂、分散剂搅拌混合得到石墨烯高分子溶液，以吸波材料为基底，通过一定的温度及速度在吸波材料表面多次涂覆并烘干石墨烯高分子溶液之后得到石墨烯吸波材料。
6.根据权利要求5所述的一种高导热石墨烯吸波复合材料的制备方法，其特征在于：所述石墨烯、有机高分子溶液、树脂的质量比为：(0.1-10) : (1-20 ) : (0.5-1)。
7.根据权利要求5所述的一种高导热石墨烯吸波复合材料的制备方法，其特征在于：所述高温涂布的温度为60-150 oC，涂布速度为0.5-10 m/min，多次涂覆石墨烯膜的次数为1-10次。
8.根据权利要求5所述的一种高导热石墨烯吸波复合材料的制备方法，其特征在于：所述吸波材料为铁硅铝，厚度为5-200微米，磁导率为240-280。
9.根据权利要求5所述的一种高导热石墨烯吸波复合材料的制备方法，其特征在于：所述石墨烯吸波材料的厚度为6-300微米，磁导率为240-280，横向导热系数为800-3000 W/m.k。
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