CN117659858A - 一种基于石墨烯增强散热的漆包线漆材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于石墨烯增强散热的漆包线漆材料，所述的漆包线漆材料包括以下重量份数的各组分：改性聚酰亚胺树脂50～70份；改性石墨烯片1～5份；氧化铝5～15份；热稳定剂5～10份；抗氧化剂5～10份；氮化硼0.1～5份；所述的氧化铝粒径为1～50μm，氮化硼粒径为0.1～10μm。所述改性石墨烯片片层间距＞0.35nm。通过引入改性石墨烯片，漆包线的热导率得到显著提升，同时也增加了漆包线材料的机械强度。石墨烯的高强度和良好的柔韧性使得漆包线在承受机械应力时更加稳定，减少了在制造和使用过程中的损坏风险。对石墨烯片层间距的精确控制有助于形成更有效的热传导网络，层间距的适当调整可以最大化热能在石墨烯层间的传递效率，从而提高漆包线的整体散热性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种漆包线漆的制备领域，更具体的是涉及一种基于石墨烯增强散热的漆包线漆材料及其制备方法。
背景技术
漆包线是电机、电器和各种电子设备中不可或缺的组成部分，它通常由导电的金属线核和绝缘的漆料层组成。漆料层不仅需要具备良好的电绝缘性能，还应当有一定的热传导能力，以便在电流通过时有效散发热量，保证电子设备的稳定运行和延长使用寿命。
传统的漆包线漆材料多以改性树脂为基础，如聚酯、聚酰亚胺等，虽然具有一定的电绝缘性和机械强度，但其散热性能有限。随着电子设备向高密度、高功率方向发展，对漆包线的散热要求越来越高，传统漆包线在散热方面的不足已经成为制约电子设备性能提升的一个瓶颈。
近年来，石墨烯因其独特的二维结构和卓越的物理性能而受到广泛关注。石墨烯具有极高的热导率，是已知热导率最高的材料之一。此外，石墨烯还具有良好的电导率和机械强度，这使得它成为改善漆包线散热性能的理想选择。
然而，将石墨烯应用于漆包线漆材料中面临诸多挑战。首先，石墨烯的分散性在多相体系中难以控制，易于在树脂基体中形成团聚，影响漆料的综合性能。其次，石墨烯与树脂基体的界面相容性差，难以形成稳定的复合材料。此外，石墨烯的高成本也是限制其广泛应用的一个因素。
发明内容
本发明提供了一种基于石墨烯增强散热的漆包线漆材料以及制备方法，不仅能够有效提升漆包线的散热性能，还能保持良好的电绝缘性和机械强度，同时解决石墨烯在漆料中的分散性和相容性问题，具体方案如下：
一种基于石墨烯增强散热的漆包线漆材料，所述的漆包线漆材料包括以下重量份数的各组分：
改性聚酰亚胺树脂50～70份；
改性石墨烯片1～5份；
氧化铝5～15份；
热稳定剂5～10份；
抗氧化剂5～10份；
氮化硼0.1～5份；
所述的氧化铝粒径为1～50μm，氮化硼粒径为0.1～10μm。
进一步的，改性石墨烯片片层间距＞0.35nm。
进一步的，改性石墨烯片的比表面积为200～500m2/g。
进一步的，改性石墨烯片的制备方法包括以下步骤：
S1：将石墨烯片分散在混合溶剂中形成石墨烯浓度为0.5-1.0mg/mL的分散液
S2：向S1中的石墨烯分散液中加入官能团化试剂，所述官能团化试剂选择自羧酸、硫酸、磷酸或其衍生物，官能团化试剂的加入量为石墨烯重量的5～10％；
S3：在室温下对S2中的混合物进行超声处理,超声时间为1～2h；
S4：将S3中的混合物在室温下静置，使官能团充分反应，静置时间为12～24h；
S5：通过离心方式收集S4中的改性石墨烯片，并用混合溶剂洗涤以去除未反应的官能团化试剂和副产物，洗涤3～5次；
S6：将洗涤后的改性石墨烯片在60～80℃的条件下干燥12～24小时，以得到干燥的改性石墨烯片；
S7：对S6得到的改性石墨烯片进行热还原处理。
进一步的，改性聚酰亚胺树脂的制备方法包括以下步骤：
S1：将干燥的聚酰亚胺树脂溶解在适量的DMAc中形成树脂浓度为15～25％的溶液；
S2：向S1中的溶液中加入硅烷偶联剂，并在室温下搅拌2～4小时；
S3：将S2中的溶液进行加热，加热温度为80～120℃，在此温度下保持4～6h；
S4：将S3中的溶液冷却至室温，加入改性石墨烯片并进行高速搅拌；
S5：对混合物进行真空脱泡处理后，进行热固处理，得到改性聚酰亚胺树脂基体。
一种基于石墨烯增强散热的漆包线漆材料的制备方法，包括以下步骤：
S1：制备改性石墨烯片后制备改性聚酰亚胺树脂基体；
S2：将改性聚酰亚胺树脂基体与氧化铝、热稳定剂、抗氧化剂和氮化硼依据比例在高速搅拌器中混合均匀，搅拌速度为
1000～2000r/min，搅拌时间为0.5～1h；
S3：对混合物进行真空脱泡处理后将混合物涂覆于铜线或铝线表面，涂覆厚度控制在10～30μm；
S4：将涂覆后的线材置于烘箱中，在120～180℃的温度下进行预固化，预固化时间为0.5～1h，形成初步固化的漆包层；
S5：进一步在高温下进行完全固化处理，固化温度为180～220°C，固化时间为3～5h，以得到最终的漆包线漆材料。
进一步的，S1中的混合溶剂包括去离子水和异丙醇，体积比为1:1。
进一步的，热还原的温度为200-300℃，处理时间为1-3小时。
进一步的，S5进行热固处理的参数为在150～200℃下进行固化，固化时间为6～10h。
有益效果：
本发明提供了一种基于石墨烯增强散热的漆包线漆及其制备方法，具备以下优势：
(1)通过引入改性石墨烯片，漆包线的热导率得到显著提升。石墨烯的高热导性能使得漆包线在运行中产生的热量能迅速传导和分散，从而有效降低线圈的工作温度，提高电器产品的稳定性和使用寿命。同时也增加了漆包线材料的机械强度。石墨烯的高强度和良好的柔韧性使得漆包线在承受机械应力时更加稳定，减少了在制造和使用过程中的损坏风险。对石墨烯片层间距的精确控制有助于形成更有效的热传导网络。层间距的适当调整可以最大化热能在石墨烯层间的传递效率，从而提高漆包线的整体散热性能。
(2)选用的改性聚酰亚胺树脂基体和热稳定剂等添加剂提高了漆包线的热稳定性，使其在高温环境下依然保持良好的性能，适用于要求更高的工业应用。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
实施例1：
一种基于石墨烯增强散热的漆包线漆材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备改性石墨烯片
S1：将石墨烯片以1.0mg/mL的浓度分散在去离子水和异丙醇的混合溶剂中(体积比为1:1)；
S2：向分散液中加入羧酸作为官能团化试剂，官能团化试剂的加入量为石墨烯重量的10％；
S3：在室温下对混合物进行超声处理，超声时间为2小时；
S4：将混合物在室温下静置24小时，使官能团充分反应；
S5：通过离心方式收集改性石墨烯片，并用混合溶剂洗涤5次；
S6：将洗涤后的改性石墨烯片在80℃的条件下干燥24小时；
S7：对干燥的改性石墨烯片进行热还原处理，热还原的温度为300℃，处理时间为3小时。
改性石墨烯片片层的间距为0.36nm。
(2)制备改性聚酰亚胺树脂基体
S1：将干燥的聚酰亚胺树脂溶解在N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)中，形成树脂浓度为25％的溶液；
S2：向溶液中加入硅烷偶联剂，搅拌4小时；
S3：将溶液加热至120℃，保持6小时；
S4：将溶液冷却至室温，加入改性石墨烯片进行高速搅拌；
S5：对混合物进行真空脱泡处理后，在150℃下进行热固处理，固化时间为10小时
(3)制备漆包线漆材料
S1：按权利要求1中的比例称取改性聚酰亚胺树脂基体70份、改性石墨烯片5份、氧化铝15份、热稳定剂10份、抗氧化剂10份、氮化硼5份；
S2：将上述成分在高速搅拌器中以2000r/min的速度搅拌1小时；
S3：对混合物进行真空脱泡处理，脱泡时间为30分钟；
S4：将脱泡后的混合物涂覆于铜线表面，涂覆厚度控制在30μm；
S5：将涂覆后的线材置于烘箱中，在180℃的温度下进行预固化1小时；
S6：进一步在220℃的温度下进行完全固化处理，固化时间为5小时。
实施例2：
(1)改性石墨烯片的制备方法与实施例1一致，区别在于S7对干燥的改性石墨烯片进行热还原处理，热还原的温度为250℃，处理时间为2小时。改性石墨烯片片层的间距为0.4nm。
(2)制备改性聚酰亚胺树脂基体的步骤与实施例1一致。
(3)制备漆包线漆材料的步骤
S1：改性聚酰亚胺树脂基体60份、改性石墨烯片3份、氧化铝10份、热稳定剂7份、抗氧化剂7份、氮化硼2份；
S4：涂覆厚度控制在20μm；
S5：预固化温度调整为160℃，时间为0.5小时；
S6：固化温度调整为200℃，时间为4小时
实施例3：
(1)制备改性石墨烯片
S1至S6步骤同实施例1；
S7：对干燥的改性石墨烯片进行热还原处理，热还原的温度为200℃，处理时间为1小时。改性石墨烯片片层的间距为0.45nm。
(2)制备改性聚酰亚胺树脂基体的方法与实施例1相同。
(3)漆包线漆材料的制备：
S1至S6步骤同实施例1，部分参数调整如下：
S1：改性聚酰亚胺树脂基体50份、改性石墨烯片1份、氧化铝5份、热稳定剂5份、抗氧化剂5份、氮化硼0.1份；
S4：涂覆厚度控制在10μm；
S5：预固化温度调整为120℃，时间为0.5小时；
S6：固化温度调整为180℃，时间为3小时。
对比例：
制备方法与实施例3一致，区别在于对比例所制备的改性石墨烯片片层间距为0.3。
对实施例1～3以及对比例得到的材料进行增强散热性能检测，检测数据如下：
从上述表格中可得，随着石墨烯片层间距的增加，热导率有所变化，这是由于石墨烯片层间更大的间距有助于热能的传播。实施例2中的热导率最高，这是由于其片层间距的最佳化0.4nm，既保持了结构的完整性，又允许热能有效传递。对比例的石墨烯片层间距最小导致热传递路径受限，从而降低了热导率。
作为进一步改进，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种基于石墨烯增强散热的漆包线漆材料，其特征在于，所述的漆包线漆材料包括以下重量份数的各组分：
改性聚酰亚胺树脂50～70份；
改性石墨烯片1～5份；
氧化铝5～15份；
热稳定剂5～10份；
抗氧化剂5～10份；
氮化硼0.1～5份；
所述的氧化铝粒径为1～50μm，氮化硼粒径为0.1～10μm。
2.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯增强散热的漆包线漆材料，其特征在于，改性石墨烯片片层间距＞0.35nm。
3.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯增强散热的漆包线漆材料，其特征在于，改性石墨烯片的比表面积为200～500m2/g。
4.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯增强散热的漆包线漆材料，其特征在于，改性石墨烯片的制备方法包括以下步骤：
S1：将石墨烯片分散在混合溶剂中形成石墨烯浓度为0.5-1.0mg/mL的分散液
S2：向S1中的石墨烯分散液中加入官能团化试剂，所述官能团化试剂选择自羧酸、硫酸、磷酸或其衍生物，官能团化试剂的加入量为石墨烯重量的5～10％；
S3：在室温下对S2中的混合物进行超声处理,超声时间为1～2h；
S4：将S3中的混合物在室温下静置，使官能团充分反应，静置时间为12～24h；
S5：通过离心方式收集S4中的改性石墨烯片，并用混合溶剂洗涤以去除未反应的官能团化试剂和副产物，洗涤3～5次；
S6：将洗涤后的改性石墨烯片在60～80℃的条件下干燥12～24小时，以得到干燥的改性石墨烯片；
S7：对S6得到的改性石墨烯片进行热还原处理。
5.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯增强散热的漆包线漆材料，其特征在于，改性聚酰亚胺树脂的制备方法包括以下步骤：
S1：将干燥的聚酰亚胺树脂溶解在适量的DMAc中形成树脂浓度为15～25％的溶液；
S2：向S1中的溶液中加入硅烷偶联剂，并在室温下搅拌2～4小时；
S3：将S2中的溶液进行加热，加热温度为80～120℃，在此温度下保持4～6h；
S4：将S3中的溶液冷却至室温，加入改性石墨烯片并进行高速搅拌；
S5：对混合物进行真空脱泡处理后，进行热固处理，得到改性聚酰亚胺树脂基体。
6.如权利要求1～5所述的一种基于石墨烯增强散热的漆包线漆材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：制备改性石墨烯片后制备改性聚酰亚胺树脂基体；
S2：将改性聚酰亚胺树脂基体与氧化铝、热稳定剂、抗氧化剂和氮化硼依据比例在高速搅拌器中混合均匀，搅拌速度为1000～2000r/min，搅拌时间为0.5～1h；
S3：对混合物进行真空脱泡处理后将混合物涂覆于铜线或铝线表面，涂覆厚度控制在10～30μm；
S4：将涂覆后的线材置于烘箱中，在120～180℃的温度下进行预固化，预固化时间为0.5～1h，形成初步固化的漆包层；
S5：进一步在高温下进行完全固化处理，固化温度为180～220°C，固化时间为3～5h，以得到最终的漆包线漆材料。
7.根据权利要求4所述的一种基于石墨烯增强散热的漆包线漆材料，其特征在于，S1中的混合溶剂包括去离子水和异丙醇，体积比为1:1。
8.根据权利要求4所述的一种基于石墨烯增强散热的漆包线漆材料，其特征在于，热还原的温度为200～300℃，处理时间为1～3小时。
9.根据权利要求5所述的一种基于石墨烯增强散热的漆包线漆材料，其特征在于，S5进行热固处理的参数为在150～200℃下进行固化，固化时间为6～10h。
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