專利名稱：一種高導(dǎo)熱絕緣聚合物復(fù)合材料及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于導(dǎo)熱絕緣材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高導(dǎo)熱絕緣聚合物復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著微電子集成與組裝技術(shù)的迅猛發(fā)展和電力電氣絕緣領(lǐng)域?qū)﹄妷旱母咭笠约半娮悠骷蟠蠓岣呤褂脡勖嵝阅艹蔀楦鹘珀P(guān)注的焦點。因此迫切需要研制具備絕緣高導(dǎo)熱性能的聚合物材料。聚偏氟乙烯作為氟樹脂中除聚四氟乙烯外的第二大品種，在化工、建筑、軍工、電子工業(yè)、防腐蝕等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。但是，其導(dǎo)熱系數(shù)僅為0.2ff/m *k，無法滿足高溫工作下及時散熱的工業(yè)要求。目前提高聚偏氟乙烯導(dǎo)熱系數(shù)比較常見的方法是通過添加絕緣高熱導(dǎo)率的陶瓷類填料，如氮化硼、氧化鋁、碳化硅等，一般需要很高的填充量才能達到提高導(dǎo)熱系數(shù)的目的。對陶瓷類填料進行表面改性以提高聚合物基體與填料之間的界面熱阻以及改善填料在聚合物基體中的分散情況是現(xiàn)在較多的研究方向。然而，功能化填料/聚合物復(fù)合材料的熱導(dǎo)率仍然遠低于理論值。其原因在于，即使功能化填料均勻地分散在聚合物基體中，填料之間的導(dǎo)熱通路還是很難形成。石墨烯是近年來才被發(fā)現(xiàn)的二維碳素晶體。其具有優(yōu)異的導(dǎo)熱性能、力學(xué)性能、電學(xué)性能以及獨特的納米結(jié)構(gòu)，如熱導(dǎo)率(5300W/m*k)、楊氏模量(1.0lTPa)和載流子遷移率(2X105cm2/V.S)，使之成為化學(xué)、材料科學(xué)及物理學(xué)等領(lǐng)域的研究熱點。這些優(yōu)越的特性使得石墨烯具有廣泛的應(yīng)用前景。其中一個非常重要的應(yīng)用是利用石墨烯這些性質(zhì)制備高導(dǎo)熱的聚合物復(fù)合材料。然而，石墨烯片層之間存在一定的范德華力，使其極易團聚，且由于其表面惰性使得常用的溶劑無法將其溶解并分散。此外，石墨烯在高溫條件下不熔融，加工困難。另一個至關(guān)重要的問題是由于石墨烯是導(dǎo)電體，`對于復(fù)合材料絕緣性能有著致命的損害。也正是這一問題一直制約著石墨烯在絕緣導(dǎo)熱方面的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的第一目的是提供一種高導(dǎo)熱絕緣聚合物復(fù)合材料，該復(fù)合材料含有陶瓷類導(dǎo)熱填料-石墨烯三明治結(jié)構(gòu)雜化物，使得在低填料摻量下，該復(fù)合材料也可獲得絕緣高熱導(dǎo)率。本發(fā)明的第二目的是提供上述高導(dǎo)熱絕緣聚合物復(fù)合材料的制備方法。本發(fā)明的技術(shù)方案如下:一種高導(dǎo)熱絕緣聚合物復(fù)合材料，包括以下組分及質(zhì)量百分含量:聚偏氟乙烯60-90%，雜化物填料10-40%;所述雜化物填料為陶瓷類導(dǎo)熱填料-石墨烯雜化物，所述石墨烯和陶瓷類導(dǎo)熱填料的質(zhì)量比為1:2-200。較佳地，所述石墨烯和陶瓷類導(dǎo)熱填料的質(zhì)量比優(yōu)選為1:20。較佳地，所述陶瓷類導(dǎo)熱填料-石墨烯雜化物具有三明治結(jié)構(gòu)，石墨烯分布均勻且被陶瓷類導(dǎo)熱填料納米顆粒均勻覆蓋。較佳地，所述陶瓷類導(dǎo)熱填料選自氧化鋁、氮化硼、氮化硅、碳化硅、氧化鎂、氧化鈹、氧化鋅、氧化硅中的一種或幾種。一種高導(dǎo)熱絕緣聚合物復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟:(I)將氧化石墨烯與氨基功能化的陶瓷類導(dǎo)熱填料納米顆粒在溶劑中通過靜電自組裝的方式形成凝聚物，在此溶液中加入聚偏氟乙烯，混合均勻至完全溶解聚偏氟乙烯，析出混合物,并經(jīng)抽濾成膜；(2)采用還原劑還原上述復(fù)合物膜中的氧化石墨烯，反應(yīng)溫度為70-90° C，然后經(jīng)洗滌、烘干、模壓，得到高導(dǎo)熱絕緣聚合物復(fù)合材料。較佳地，所述步驟(I)中的溶劑為二甲基甲酰胺。較佳地，所述步驟(I)具體為，首先將氧化石墨烯與氨基功能化的陶瓷類導(dǎo)熱填料納米顆粒分別在溶劑中分散均勻，然后混合形成凝聚物并攪拌，再加入聚偏氟乙烯，在70-90° C下攪拌至聚偏氟乙烯完全溶解，將得到的混合物倒入去離子水中，將得到的絮狀物抽濾成膜。較佳地,所述氧化石墨烯的濃度為0.05-0.5mg/ml,所述氨基功能化的陶瓷類導(dǎo)熱填料納米顆粒的濃度為l-10mg/ml。較佳地，所述步驟(2)具體為，`將上述復(fù)合物膜浸泡在濃度為3-8%的還原劑溶液中原位還原氧化石墨烯，70-90 ° C反應(yīng)3-5h后，用去離子水重復(fù)洗滌復(fù)合物膜，然后40-70° C真空干燥和180-220° C模壓，得到高導(dǎo)熱絕緣聚合物復(fù)合材料。較佳地，所述還原劑選自水合肼、氫碘酸、硼氫化納、抗壞血酸或保險粉中的一種或幾種。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下:第一，本發(fā)明以氧化石墨烯和氨基功能化的陶瓷類導(dǎo)熱填料納米顆粒以及聚偏氟乙烯為原料，采用靜電自組裝途徑獲得含陶瓷類導(dǎo)熱填料-石墨烯三明治結(jié)構(gòu)雜化物，再通過原位還原得到絕緣高熱導(dǎo)率聚合物復(fù)合材料，該復(fù)合材料具有很高的熱導(dǎo)率，與傳統(tǒng)的溶劑共混法相比，熱導(dǎo)率提高明顯。第二，本發(fā)明的陶瓷類導(dǎo)熱填料-石墨烯三明治結(jié)構(gòu)雜化物不僅可以使導(dǎo)熱填料均勻地分散在聚合物基體中，石墨烯片之間相互緊密連接，形成導(dǎo)熱通路，而且能夠通過這種三明治結(jié)構(gòu)維持復(fù)合材料的絕緣性。因而使得到的聚合物復(fù)合材料在低填料摻量下具有很高的熱導(dǎo)率、絕緣性，在化工、建筑、軍工、電子工業(yè)、防腐蝕等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價值。第三，本發(fā)明制備方法簡單易操作，可控性強，可規(guī)?；糯笊a(chǎn)。


圖1為本發(fā)明實施例1的氧化鋁-石墨烯三明治結(jié)構(gòu)雜化物的TEM圖片；圖2為本發(fā)明實施例1的氧化鋁-石墨烯雜化物/聚偏氟乙烯復(fù)合材料的SEM圖片；
圖3為本發(fā)明實施例1制備的氧化鋁-石墨烯雜化物/聚偏氟乙烯復(fù)合材料與采用有機溶劑共混法制備的氧化鋁-石墨烯/聚偏氟乙烯三相復(fù)合材料的熱導(dǎo)率對比圖；圖4為本發(fā)明實施例1制備的氧化鋁-石墨烯雜化物/聚偏氟乙烯復(fù)合材料在不同氧化鋁與石墨烯投料比情況下體積電阻率的對比圖。
具體實施例方式本發(fā)明的高導(dǎo)熱絕緣聚合物復(fù)合材料是以氧化石墨烯和氨基功能化的陶瓷類導(dǎo)熱填料納米顆粒以及聚偏氟乙烯為原料，通過靜電自組裝以及原位還原途徑得到的，該復(fù)合材料的聚合物基體中，包含陶瓷類導(dǎo)熱填料-石墨烯三明治結(jié)構(gòu)雜化物，該雜化物填料分布均勻且相互連接。本發(fā)明的高導(dǎo)熱絕緣聚合物復(fù)合材料的制備方法主要包括以下兩步驟:(I)將氧化石墨烯與氨基功能化的陶瓷類導(dǎo)熱填料納米顆粒在溶劑中通過靜電自組裝的方式形成凝聚物，在此溶液中加入聚偏氟乙烯，混合均勻至完全溶解聚偏氟乙烯，析出混合物，并經(jīng)抽濾成膜；作為優(yōu)選的實施方式，該過程可在弱酸性條件下進行，但不限于弱酸性條件；(2)采用還原劑還原上述復(fù)合物膜中的氧化石墨烯，反應(yīng)溫度為70-90° C，然后經(jīng)洗滌、烘干、模壓，得到含陶瓷類導(dǎo)熱填料-石墨烯三明治結(jié)構(gòu)雜化物的高導(dǎo)熱絕緣聚合物復(fù)合材料。上述步驟(I)中，通過靜電自組裝的方式形成凝聚物可控制最佳投料比，包括:首先在溶劑中按照不同投料比分散均勻氧化石墨烯和氨基功能化的陶瓷類導(dǎo)熱填料納米顆粒，然后混合形成凝聚物并攪拌。最佳投料比為1:20。上述凝聚物中，氧化石墨烯被氨基功能化的陶瓷類導(dǎo)熱填料納米顆粒均勻地包覆，相互連接形成導(dǎo)熱通路。下面結(jié)合具體實施例和附圖詳細描述本發(fā)明。實施例1本實施例中的含氧化鋁-石墨烯三明治結(jié)構(gòu)雜化物的高導(dǎo)熱絕緣聚合物復(fù)合材料的制備方法如下:預(yù)處理:將Ig氧化鋁納米顆粒分散于200ml的甲苯中并加入0.1g氨基硅烷，然后在100° C回流12h，經(jīng)過濾、水洗、烘干得到氨基功能化的氧化鋁納米顆粒。(I)將17.9mg氧化石墨烯和214.3mg氨基功能化的氧化鋁納米顆粒分別分散在IOOml 二甲基甲酰胺溶液中，超聲并攪拌30min至完全分散，然后，在攪拌調(diào)節(jié)下，將上述兩種溶液同時緩慢逐滴加入到一個空容器中，氧化石墨烯和氨基功能化的氧化鋁納米顆粒接觸后立即形成凝聚物,攪拌IOmin后,加入0.9g聚偏氟乙烯,在80° C下攪拌30min至聚偏氟乙烯完全溶解，將得到的混合物倒入500ml的去離子水中，將得到的絮狀物抽濾成膜；(2)將上述得到的含氧化鋁-氧化石墨烯三明治結(jié)構(gòu)雜化物的聚偏氟乙烯復(fù)合材料膜浸泡在IOOml濃度為5%的水合肼溶液中原位還原氧化石墨烯，80° C反應(yīng)4h后，用去離子水重復(fù)洗滌氧化鋁-石墨烯/聚偏氟乙烯復(fù)合物膜，然后60° C真空干燥和200° C模壓，獲得含氧化鋁-石墨烯(質(zhì)量比為20:1)三明治結(jié)構(gòu)雜化物的絕緣高熱導(dǎo)率聚合物復(fù)合材料。對該復(fù)合材料進行表征如下:
形貌表征:圖1為本實施例的氧化鋁-石墨烯三明治結(jié)構(gòu)雜化物的TEM圖片，石墨烯跟氨基功能化的氧化鋁的質(zhì)量比為1: 20，圖1中可見，氧化鋁顆粒均勻地包覆在石墨烯的表面；圖2為本實施例的氧化鋁-石墨烯雜化物/聚偏氟乙烯復(fù)合材料的SEM圖片，雜化物含量為20wt%，圖2中可見，雜化物均勻地分散在聚偏氟乙烯基體中，相互連接形成導(dǎo)熱通路。熱導(dǎo)率表征:將本實施例得到的含氧化鋁-石墨烯三明治結(jié)構(gòu)雜化物的高導(dǎo)熱絕緣聚合物復(fù)合材料進行熱導(dǎo)率測量，如圖3所示，并將其與采用有機溶劑共混法制備的氧化鋁-石墨烯/聚偏氟乙烯三相復(fù)合材料相比，圖3中可以看出，本實施例得到的復(fù)合材料的熱導(dǎo)率有很大提高，高的熱導(dǎo)率主要歸功于該復(fù)合材料含有緊密連接的氧化鋁-石墨烯三明治結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。體積電阻率表征:圖4為本實施例得到的氧化鋁-石墨烯雜化物/聚偏氟乙烯復(fù)合材料在不同氧化鋁與石墨烯投料比情況下的體積電阻率對比圖。圖4中可見，在投料比達到20:1時,復(fù)合材料的絕緣性能得以保證。在本實施例中，含氧化鋁-石墨烯三明治結(jié)構(gòu)雜化物的高導(dǎo)熱絕緣聚合物復(fù)合材料中雜化物的百分含量為20wt%。實施例2本實施例中的含氮化硼-石墨烯三明治結(jié)構(gòu)雜化物的絕緣高熱導(dǎo)率聚合物復(fù)合材料的制備方法如下:預(yù)處理:將Ig氮化硼納米顆粒分散于200ml的甲苯中并加入0.1g氨基硅烷，然后在100° C回流12h，經(jīng)過濾、水洗、烘干得到氨基功能化的氮化硼納米顆粒。(I)將231.54mg氧化石墨烯和231.54mg氨基功能化的氮化硼納米顆粒分別分散在500ml和IOOml 二甲基甲酰胺溶液中，超聲并攪拌30min至完全分散,然后,在攪拌調(diào)節(jié)下，將上述兩種溶液同時緩慢逐滴加入到一`個空容器中，氧化石墨烯和氨基功能化的氮化硼納米顆粒接觸后立即形成凝聚物，攪拌IOmin后,加入0.9g聚偏氟乙烯,在80° C下攪拌30min至聚偏氟乙烯完全溶解，將得到的混合物倒入500ml的去離子水中，將得到的絮狀物抽濾成膜；(2)將上述得到含氮化硼-氧化石墨烯三明治結(jié)構(gòu)雜化物的聚偏氟乙烯復(fù)合材料膜浸泡在IOOml濃度為5%的水合肼溶液中原位還原氧化石墨烯，80° C反應(yīng)4h后，用去離子水重復(fù)洗滌氮化硼-石墨烯/聚偏氟乙烯復(fù)合物膜，然后60° C真空干燥和200° C模壓，獲得含氮化硼-石墨烯(質(zhì)量比為2:1)三明治結(jié)構(gòu)雜化物的絕緣高熱導(dǎo)率聚合物復(fù)合材料。在本實施例中，含氮化硼-石墨烯三明治結(jié)構(gòu)雜化物的絕緣高熱導(dǎo)率聚合物復(fù)合材料中雜化物的百分含量為30wt%。實施例3本實施例中的含碳化硅-石墨烯三明治結(jié)構(gòu)雜化物的絕緣高熱導(dǎo)率聚合物復(fù)合材料的制備方法如下:預(yù)處理:將Ig碳化硅納米顆粒分散于200ml的甲苯中并加入0.1g氨基硅烷，然后在100° C回流12h，經(jīng)過濾、水洗、烘干得到氨基功能化的碳化硅納米顆粒。(I)將47.6mg氧化石墨烯和571.4mg氨基功能化的碳化娃納米顆粒分別分散在IOOml 二甲基甲酰胺溶液中，超聲并攪拌30min至完全分散，然后，在攪拌調(diào)節(jié)下，將上述兩種溶液同時緩慢逐滴加入到一個空容器中，氧化石墨烯和氨基功能化的碳化硅納米顆粒接觸后立即形成凝聚物,攪拌IOmin后,加入0.9g聚偏氟乙烯,在80° C下攪拌30min至聚偏氟乙烯完全溶解，將得到的混合物倒入500ml的去離子水中，將得到的絮狀物抽濾成膜；(2)將上述得到含碳化硅-氧化石墨烯三明治結(jié)構(gòu)雜化物的聚偏氟乙烯復(fù)合材料膜浸泡在IOOml濃度為5%的水合肼溶液中原位還原氧化石墨烯，80° C反應(yīng)4h后，用去離子水重復(fù)洗滌碳化硅-石墨烯/聚偏氟乙烯復(fù)合物膜，然后60° C真空干燥和200° C模壓，獲得含碳化硅-石墨烯( 質(zhì)量比為20:1)三明治結(jié)構(gòu)雜化物的絕緣高熱導(dǎo)率聚合物復(fù)合材料。在本實施例中，含碳化硅-石墨烯三明治結(jié)構(gòu)雜化物的絕緣高熱導(dǎo)率聚合物復(fù)合材料中雜化物的百分含量為40wt%。實施例4本實施例中的含氧化硅-石墨烯三明治結(jié)構(gòu)雜化物的絕緣高熱導(dǎo)率聚合物復(fù)合材料的制備方法如下:預(yù)處理:將Ig氧化硅納米顆粒分散于200ml的甲苯中并加入0.1g氨基硅烷，然后在100° C回流12h，經(jīng)過濾、水洗、烘干得到氨基功能化的氧化硅納米顆粒。(I)將7.9mg氧化石墨烯和95.2mg氨基功能化的氧化硅納米顆粒分別分散在IOOml和95.2ml 二甲基甲酰胺溶液中，超聲并攪拌30min至完全分散,然后，在攪拌調(diào)節(jié)下，將上述兩種溶液同時緩慢逐滴加入到一個空容器中，氧化石墨烯和氨基功能化的氧化娃納米顆粒接觸后立即形成凝聚物，攪拌IOmin后,加入0.9g聚偏氟乙烯,在80° C下攪拌30min至聚偏氟乙烯完全溶解，將得到的混合物倒入500ml的去離子水中，將得到的絮狀物抽濾成膜；(2)將上述得到的含氧化硅-氧化石墨烯三明治結(jié)構(gòu)雜化物的聚偏氟乙烯復(fù)合材料膜浸泡在IOOml濃度為5%的保險粉溶液中原位還原氧化石墨烯，80° C反應(yīng)4h后，用去離子水重復(fù)洗滌氧化硅-石墨烯/聚偏氟乙烯復(fù)合物膜，然后60° C真空干燥和200° C模壓，獲得含氧化硅-石墨烯(質(zhì)量比20:1)三明治結(jié)構(gòu)雜化物的絕緣高熱導(dǎo)率聚合物復(fù)合材料。在本實施例中，含氧化硅-石墨烯三明治結(jié)構(gòu)雜化物的絕緣高熱導(dǎo)率聚合物復(fù)合材料中雜化物的百分含量為10wt%。實施例5本實施例中的含氮化硅-石墨烯三明治結(jié)構(gòu)雜化物的絕緣高熱導(dǎo)率聚合物復(fù)合材料的制備方法如下:預(yù)處理:將Ig氮化硅納米顆粒分散于200ml的甲苯中并加入0.1g氨基硅烷，然后在100° C回流12h，經(jīng)過濾、水洗、烘干得到氨基功能化的氮化硅納米顆粒。(I)將5mg氧化石墨烯和334mg氨基功能化的氮化娃納米顆粒分別分散在IOOml二甲基甲酰胺溶液中，超聲并攪拌30min至完全分散，然后，在攪拌調(diào)節(jié)下，將上述兩種溶液同時緩慢逐滴加入到一個空容器中，氧化石墨烯和氨基功能化的氮化硅納米顆粒接觸后立即形成凝聚物，攪拌IOmin后,加入1.35g聚偏氟乙烯,在80° C下攪拌30min至聚偏氟乙烯完全溶解，將得到的混合物倒入500ml的去離子水中，將得到的絮狀物抽濾成膜；
(2)將上述得到含氮化硅-氧化石墨烯三明治結(jié)構(gòu)雜化物的聚偏氟乙烯復(fù)合材料膜浸泡在IOOml濃度為5%的抗壞血酸溶液中原位還原氧化石墨烯，80° C反應(yīng)4h后，用去離子水重復(fù)洗滌氮化硅-石墨烯/聚偏氟乙烯復(fù)合物膜，然后60° C真空干燥和200° C模壓，獲得含氮化硅-石墨烯(質(zhì)量比100:1)三明治結(jié)構(gòu)雜化物的絕緣高熱導(dǎo)率聚合物復(fù)合材料。在本實施例中，含氮化硅-石墨烯三明治結(jié)構(gòu)雜化物的絕緣高熱導(dǎo)率聚合物復(fù)合材料中雜化物的百分含量為20wt%。實施例6本實施例中的含氧化鎂-石墨烯三明治結(jié)構(gòu)雜化物的絕緣高熱導(dǎo)率聚合物復(fù)合材料的制備方法如下:預(yù)處理:將Ig氧化鎂納米顆粒分散于200ml的甲苯中并加入0.1g氨基硅烷，然后在100° C回流12h，經(jīng)過濾、水洗、烘干得到氨基功能化的氧化鎂納米顆粒。(I)將45.9mg氧化石墨烯和551.4mg氨基功能化的氧化鎂納米顆粒分別分散在IOOml 二甲基甲酰胺溶液中，超聲并攪拌30min至完全分散，然后，在攪拌調(diào)節(jié)下，將上述兩種溶液同時緩慢逐滴加入到一個空容器中，氧化石墨烯和氨基功能化的氧化鎂納米顆粒接觸后立即形成凝聚物,攪拌IOmin后,加入1.35g聚偏氟乙烯,在90° C下攪拌30min至聚偏氟乙烯完全溶解，將得到的混合物倒入500ml的去離子水中，將得到的絮狀物抽濾成膜；(2)將上述得到含氧化鎂-氧化石墨烯三明治結(jié)構(gòu)雜化物的聚偏氟乙烯復(fù)合材料膜浸泡在IOOml濃度為8%的硼氫化納溶液中原位還原氧化石墨烯，90° C反應(yīng)3h后，用去離子水重復(fù)洗滌氧化鎂-石墨烯/聚偏氟乙烯復(fù)合物膜，然后70° C真空干燥和220° C模壓，獲得含氧化鎂-石墨烯 (質(zhì)量比20:1)三明治結(jié)構(gòu)雜化物的絕緣高熱導(dǎo)率聚合物復(fù)合材料。在本實施例中，含氧化鎂-石墨烯三明治結(jié)構(gòu)雜化物的絕緣高熱導(dǎo)率聚合物復(fù)合材料中雜化物的百分含量為30wt%。實施例7本實施例中的含氧化鋅-石墨烯三明治結(jié)構(gòu)雜化物的絕緣高熱導(dǎo)率聚合物復(fù)合材料的制備方法如下:預(yù)處理:將Ig氧化鋅納米顆粒分散于200ml的甲苯中并加入0.1g氨基硅烷，然后在100° C回流12h，經(jīng)過濾、水洗、烘干得到氨基功能化的氧化鋅納米顆粒。(I)將6.7Img氧化石墨烯和895.4mg氨基功能化的氧化鋅納米顆粒分別分散在13.42ml和89.54ml 二甲基甲酰胺溶液中，超聲并攪拌30min至完全分散,然后，在攪拌調(diào)節(jié)下，將上述兩種溶液同時緩慢逐滴加入到一個空容器中，氧化石墨烯和氨基功能化的氧化鋅納米顆粒接觸后立即形成凝聚物，攪拌IOmin后,加入1.35g聚偏氟乙烯,在70° C下攪拌30min至聚偏氟乙烯完全溶解，將得到的混合物倒入500ml的去離子水中，將得到的絮狀物抽濾成膜；(2)將上述得到含氧化鋅-氧化石墨烯三明治結(jié)構(gòu)雜化物的聚偏氟乙烯復(fù)合材料膜浸泡在IOOml濃度為3%的氫碘酸溶液中原位還原氧化石墨烯，70° C反應(yīng)5h后，用去離子水重復(fù)洗滌氧化鋅-石墨烯/聚偏氟乙烯復(fù)合物膜，然后40° C真空干燥和180° C模壓，獲得含氧化鋅-石墨烯(質(zhì)量比200:1)三明治結(jié)構(gòu)雜化物的絕緣高熱導(dǎo)率聚合物復(fù)合材料。在本實施例中，含氧化鋅-石墨烯三明治結(jié)構(gòu)雜化物的絕緣高熱導(dǎo)率聚合物復(fù)合材料中雜化物的百分含量為40wt%。以上公開的僅為本申請的幾個具體實施例，但本申請并非局限于此，任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員能思之的變化，都應(yīng)落在本`申請的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種高導(dǎo)熱絕緣聚合物復(fù)合材料，其特征在于，包括以下組分及質(zhì)量百分含量: 聚偏氣乙稀60-90%, 雜化物填料10-40% ； 所述雜化物填料為陶瓷類導(dǎo)熱填料-石墨烯雜化物，所述石墨烯和陶瓷類導(dǎo)熱填料的質(zhì)量比為1:2-200。
2.如權(quán)利要求1所述的高導(dǎo)熱絕緣聚合物復(fù)合材料，其特征在于，所述石墨烯和陶瓷類導(dǎo)熱填料的質(zhì)量比優(yōu)選為1:20。
3.如權(quán)利要求1所述的高導(dǎo)熱絕緣聚合物復(fù)合材料，其特征在于，所述陶瓷類導(dǎo)熱填料-石墨烯雜化物具有三明治結(jié)構(gòu)，石墨烯分布均勻且被陶瓷類導(dǎo)熱填料納米顆粒均勻覆至JHL ο
4.如權(quán)利要求1所述的高導(dǎo)熱絕緣聚合物復(fù)合材料，其特征在于，所述陶瓷類導(dǎo)熱填料選自氧化鋁、氮化硼、氮化硅、碳化硅、氧化鎂、氧化鈹、氧化鋅、氧化硅中的一種或幾種。
5.—種如權(quán)利要求1至4中任一項所述的高導(dǎo)熱絕緣聚合物復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟: (1)將氧化石墨烯與氨基功能化的陶瓷類導(dǎo)熱填料納米顆粒在溶劑中通過靜電自組裝的方式形成凝聚物，在此溶液中加入聚偏氟乙烯，混合均勻至完全溶解聚偏氟乙烯，析出混合物,并經(jīng)抽濾成膜； (2)采用還原劑還原上 述復(fù)合物膜中的氧化石墨烯，反應(yīng)溫度為70-90°C，然后經(jīng)洗滌、烘干、模壓，得到高導(dǎo)熱絕緣聚合物復(fù)合材料。
6.如權(quán)利要求5所述的高導(dǎo)熱絕緣聚合物復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述步驟(I)中的溶劑為二甲基甲酰胺。
7.如權(quán)利要求5所述的高導(dǎo)熱絕緣聚合物復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述步驟(I)具體為，首先將氧化石墨烯與氨基功能化的陶瓷類導(dǎo)熱填料納米顆粒分別在溶劑中分散均勻，然后混合形成凝聚物并攪拌，再加入聚偏氟乙烯，在70-90° C下攪拌至聚偏氟乙烯完全溶解，將得到的混合物倒入去離子水中，將得到的絮狀物抽濾成膜。
8.如權(quán)利要求7所述的高導(dǎo)熱絕緣聚合物復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述氧化石墨烯的濃度為0.05-0.5mg/ml，所述氨基功能化的陶瓷類導(dǎo)熱填料納米顆粒的濃度為l-10mg/ml。
9.如權(quán)利要求5所述的高導(dǎo)熱絕緣聚合物復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)具體為，將上述復(fù)合物膜浸泡在濃度為3-8%的還原劑溶液中原位還原氧化石墨烯，70-90° C反應(yīng)3-5h后，用去離子水重復(fù)洗滌復(fù)合物膜，然后40-70° C真空干燥和180-220° C模壓，得到高導(dǎo)熱絕緣聚合物復(fù)合材料。
10.如權(quán)利要求5所述的高導(dǎo)熱絕緣聚合物復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述還原劑選自水合肼、氫碘酸、硼氫化納、抗壞血酸或保險粉中的一種或幾種。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高導(dǎo)熱絕緣聚合物復(fù)合材料，包括以下組分及質(zhì)量百分含量聚偏氟乙烯60-90%，雜化物填料10-40%；所述雜化物填料為陶瓷類導(dǎo)熱填料-石墨烯雜化物，所述石墨烯和陶瓷類導(dǎo)熱填料的質(zhì)量比為1:2-200。本發(fā)明還包括上述高導(dǎo)熱絕緣聚合物復(fù)合材料的制備方法。本發(fā)明采用靜電自組裝途徑獲得含陶瓷類導(dǎo)熱填料-石墨烯三明治結(jié)構(gòu)雜化物，再通過原位還原得到絕緣高熱導(dǎo)率聚合物復(fù)合材料，與傳統(tǒng)的溶劑共混法相比，熱導(dǎo)率提高明顯。本發(fā)明的三明治結(jié)構(gòu)雜化物不僅可以形成導(dǎo)熱通路，而且能夠維持復(fù)合材料的絕緣性。因而復(fù)合材料在低填料摻量下具有很高的熱導(dǎo)率、絕緣性，具有重要的應(yīng)用價值。
文檔編號C08K3/36GK103183889SQ20131009373
公開日2013年7月3日 申請日期2013年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月21日
發(fā)明者錢榮, 江平開, 吳超, 黃興溢, 韓倩琰, 翟星, 吳新鋒 申請人:上海交通大學(xué)