本發(fā)明涉及散熱材料技術領域，尤其涉及一種石墨烯導熱雙面膠的制備方法。
背景技術：
隨著電子行業(yè)的極速發(fā)展，電子產(chǎn)品趨于輕便，體積越來越小，因而電子元件的集成度就越來越高，所以對電子元器件的導散熱性能的要求就越來越高。導熱雙面膠帶因具有導熱絕緣和粘接為一體的功能而被廣泛的使用，且其具有柔軟性、壓縮性、服帖性和適應溫度范圍大等特性，可填補不平整的表面，能緊密牢固地貼合熱源器件和散熱片，并將熱量快速傳導出去等的性能而占據(jù)著較大的導熱材料市場。傳統(tǒng)的制備導熱雙面膠的方法是在膠體中加入導熱填料，達到導熱的目的，但是目前的導熱雙面膠的導熱系數(shù)普遍小于1.5w/(m.k)，因而提高導熱雙面膠的導熱系數(shù)成為了現(xiàn)在的關鍵問題。
現(xiàn)有技術中，一般采用導熱填料通過填充的方式制備具有高導熱性能的導熱雙面膠，如中國專利公告號為“CN103642410”的現(xiàn)有技術在2013年4月17日公開的一種導熱雙面膠帶及其制備工藝，其技術方案為采用不同粒徑的石墨和氮化硼、氮化鋁、氧化鋁按照一定的比例混合，再經(jīng)過硅烷偶聯(lián)劑進行處理，得到了改性的混合物，然后將這些填料均勻的分散到丙烯酸的膠體中，從而獲得高導熱性能的導熱雙面膠。該專利在一定程度上提高了導熱雙面膠的導熱率，使得導熱雙面膠具有較好的導熱性能，提高了產(chǎn)品的性能和壽命。
目前傳統(tǒng)的導熱填料主要有以下幾類：一類是金屬類：金、銀、銅、鐵、鋁、鎳、鎂、鋅、鉛等；二類是金屬氧化物/氮化物類：氧化鋁、氧化鋅、氧化鎂、氧化銅、氮化鋁等；三類是陶瓷類：氮化硅、氮化硼、碳化硅等；四類是碳材料類：石墨、金剛粉、碳納米管、碳纖維等。但是，對于金屬類來說，其本身的導熱系數(shù)高，但其不具備絕緣性能，且與膠體本身的相溶性差。對于金屬氧化物類來說，因其本身的導熱系數(shù)差，導致制備的導熱雙面膠的導熱系數(shù)低。對于氮化物類來說，雖然其具有較高的導熱系數(shù)，同時也具有較好的絕緣性質，但成本太高。對于碳材料類來說，因其具有較高的導熱系數(shù)而普遍受到人們的關注，但石墨縱向的導熱系數(shù)較差，碳納米管、碳纖維等由于高的長徑比，導致其極容易發(fā)生纏繞而影響導熱效果。將這類傳統(tǒng)的導熱填料用于導熱雙面膠中時，相應地也會存在上述技術問題，從而影響導熱雙面膠的導熱性能。
石墨烯自2004年被發(fā)現(xiàn)以來就作為一種新型碳材料而備受關注。它是一種完全由sp2雜化的碳原子構成的厚度僅為單原子層或數(shù)個單原子層的準二維晶體材料，具有高透光性和導電性、導熱性、高比表面積、高強度及柔韌性等優(yōu)異的性能。由于石墨烯本身具有優(yōu)異的導熱能力，其熱導率高達5000 W/（m.K），是銅的10倍，此外石墨烯還具有高達2600 m2/g的超高比表面積和100倍于鋼的超高強度，且具有很好的柔韌性和伸展性。因此，理論上石墨烯是一種理想的輕質、高效的熱管理材料。但目前并沒有將石墨烯應用于導熱雙面膠中的成熟技術。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術中存在的上述問題，提供一種石墨烯導熱雙面膠的制備方法，本發(fā)明能在石墨烯添加量極低的情況下，最大限度的提高雙面膠的導熱性能，從而提升導熱雙面膠的絕緣性能和導熱性能。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案如下：
一種石墨烯導熱雙面膠的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：
（1）將導熱填料與石墨烯粉體攪拌混合，使石墨烯包覆導熱填料，然后加入由硅烷偶聯(lián)劑和乙醇配置成的分散液攪拌混合，混合后得到復合導熱填料；
（2）取膠體與復合導熱填料均勻混合，混合后以離型紙或離型膜為載體涂布出兩個單面導熱膠，然后將兩個單面導熱膠貼合到增強基材上，再去掉其中一面的離型紙或離型膜，收卷，得到成品。
所述步驟（1）的具體工序為，先將導熱填料與石墨烯粉體加入到捏合機或攪拌器中，在室溫下攪拌混合10min—1h，使石墨烯包覆導熱填料，然后在攪拌的過程中，以噴霧的形式向其中加入由硅烷偶聯(lián)劑和乙醇配置成的分散液，再持續(xù)攪拌30min—2h，得到復合導熱填料。
所述導熱填料為氧化鋁、氮化鋁、碳化硅、氮化硼中的一種或幾種的混合，所述氧化鋁、氮化鋁、碳化硅和氮化硼的直徑均為0.3—3um。
所述硅烷偶聯(lián)劑為KH-550、KH-560、KH-570、KH-580、鈦酸丁酯偶聯(lián)劑中的一種或幾種的混合。
所述乙醇的含水量低于1%，所述硅烷偶聯(lián)劑的質量百分比濃度為5%—10%。
所述石墨烯在復合導熱填料中的質量分數(shù)為1%—5%。
所述硅烷偶聯(lián)劑在復合導熱填料中的質量分數(shù)為1%—3%。
所述步驟（2）中的膠體與復合導熱填料在行星式攪拌器中攪拌混合，且攪拌過程中抽真空排泡和通冷凝水保護，直至導熱填料在膠體中分布均勻。
所述膠體與復合導熱填料的質量比為4—9：1—6。
所述膠體為丙烯酸系的壓敏膠、橡膠型壓敏膠、聚氨酯型熱敏膠或有機硅系熱敏膠。
所述單面導熱膠的干膜厚度為0.05—2mm。
所述增強基材為玻璃纖維布或無紡布。
采用本發(fā)明的優(yōu)點在于：
一、本發(fā)明利用石墨烯和普通的導熱填料作為共同的導熱填料，兩者能起到一個協(xié)同導熱效應；同時，利用石墨烯對普通導熱填料的包覆，能夠預先形成石墨烯包覆導熱填料，從而使網(wǎng)絡結構在成型時不被破壞，因此可以顯著降低復合導熱填料的添加量的滲流閾值，進而達到明顯降低普通導熱填料的熱阻，起到最少添加量并達到最高導熱系數(shù)的效果。
二、本發(fā)明采用硅烷偶聯(lián)劑處理復合導熱填料的方法為干法處理，有利于降低生產(chǎn)成本。
三、本發(fā)明在石墨烯添加量極低的情況下，可將雙面膠的導熱性能從1.5W/(m.k)提升至5.0W/(m.k)，最大限度地提高了雙面膠的導熱性能，且由于石墨烯添加量低，所以其體積電阻率大于1012Ω·cm，具有絕緣性能很好的優(yōu)點。
四、本發(fā)明中氧化鋁、氮化鋁、碳化硅和氮化硼的直徑均為0.3—3um，有利于填料在膠體中均勻的分散和石墨烯起到更好的協(xié)同作用
五、本發(fā)明采用KH-550、KH-560、KH-570、KH-580、鈦酸丁酯偶聯(lián)劑中的一種或者多種作為硅烷偶聯(lián)劑，更有利于復合導熱填料在膠體中均勻的分散。
六、本發(fā)明中乙醇的含水量低于1%，硅烷偶聯(lián)劑的質量百分比濃度為5%—10%，采用該設置其有利于偶聯(lián)劑在乙醇中以合適的速率發(fā)生水解，防止因偶聯(lián)劑與偶聯(lián)劑之間發(fā)生耦合而導致失效。
七、本發(fā)明中石墨烯在復合導熱填料中的質量分數(shù)設置為1%—5%，石墨烯的添加的質量分數(shù)很低，有利于降低成本。
八、本發(fā)明中的硅烷偶聯(lián)劑在復合導熱填料中的質量分數(shù)設置為1%—3%，其有利于提高填料和膠體的結合強度，提高整體的導熱性能。
九、本發(fā)明步驟（2）中的膠體與復合導熱填料在攪拌過程中實行抽真空排泡和通冷凝水保護，其中，通過排氣泡防止雙面膠的導熱系數(shù)降低，通冷凝水的目的是防止膠體中溶劑的揮發(fā)。
十、本發(fā)明將膠體與復合導熱填料的質量比設置為4—9：1—6，其優(yōu)點是制備的混合膠體有利于更好的涂布。
十一、本發(fā)明中膠體采用丙烯酸系的壓敏膠、橡膠型壓敏膠、聚氨酯型熱敏膠或有機硅系熱敏膠，具有提高粘性的優(yōu)點。
十二、本發(fā)明將單面導熱膠的干膜厚度設置為0.05—2mm。既保證涂布機能夠均勻涂布，又保證其實際應用效果更好。
十三、本發(fā)明采用玻璃纖維布或無紡布作為增強基材，能夠增強膠帶的拉伸、撕裂等力學性能。
具體實施方式
實施例1
一種石墨烯導熱雙面膠的制備方法，包括如下步驟：
（1）將導熱填料與石墨烯粉體攪拌混合，使石墨烯包覆導熱填料，然后加入由硅烷偶聯(lián)劑和乙醇配置成的分散液攪拌混合，混合后得到復合導熱填料。
本步驟的具體工序為，所述步驟（1）的具體工序為，先將導熱填料與石墨烯粉體加入到捏合機或高速攪拌器中，在室溫下高速攪拌混合10min—1h，使石墨烯包覆導熱填料，然后將硅烷偶聯(lián)劑加入到乙醇中配置成硅烷偶聯(lián)劑分散液，并在高速攪拌的過程中，利用噴霧的形式將硅烷偶聯(lián)劑分散液加入到捏合機或高速攪拌器中，加入完成后，再持續(xù)高速攪拌30min—2h，取出，得到處理好的復合導熱填料。其中，所述的高速攪拌混合是指攪拌器以100—10000rpm/min的轉速攪拌混合。
本步驟中，所述導熱填料為氧化鋁、氮化鋁、碳化硅、氮化硼中的一種或幾種的混合，為幾種的混合時，各組分的質量相同，所述氧化鋁、氮化鋁、碳化硅和氮化硼的直徑均為0.3—3um。
本步驟中，所述硅烷偶聯(lián)劑為KH-550、KH-560、KH-570、KH-580、鈦酸丁酯偶聯(lián)劑中的一種或幾種的混合。
本步驟中，所述乙醇的含水量低于1%，所述硅烷偶聯(lián)劑的質量百分比濃度為5%—10%。
本步驟中，所述石墨烯在復合導熱填料中的質量分數(shù)為1%—5%。
本步驟中，所述硅烷偶聯(lián)劑在復合導熱填料中的質量分數(shù)為1%—3%。
本步驟中，所述石墨烯為少層石墨烯或石墨納米片，所述少層石墨烯是指層數(shù)為2—10層的石墨烯。
（2）取膠體與復合導熱填料按4—9：1—6的質量比加入到行星式攪拌器中高速攪拌混合，且攪拌過程中抽真空排泡和通冷凝水做保護，直至導熱填料在膠體中分布均勻，得到涂布液，然后利用涂布液以離型紙或PE/PET的離型膜為載體涂布出兩個單面導熱膠，固化成型，得到厚度為0.05—2mm干膜，然后將兩個單面導熱膠貼合到增強基材上，再去掉其中一面的離型紙或離型膜，收卷，得到成品。
本步驟中，所述膠體為丙烯酸系的壓敏膠、橡膠型壓敏膠、聚氨酯型熱敏膠或有機硅系熱敏膠。所述增強基材為玻璃纖維布或無紡布。
實施例2
一種石墨烯導熱雙面膠的制備方法，包括如下步驟：
（1）先將導熱填料與石墨烯粉體按比例加入到捏合機或高速攪拌器中，在室溫下高速攪拌混合10min，使石墨烯包覆導熱填料；然后將硅烷偶聯(lián)劑加入到含水量低于1%的乙醇中配置成質量百分比濃度為5%的硅烷偶聯(lián)劑分散液，并在高速攪拌的過程中，利用噴霧的形式將硅烷偶聯(lián)劑分散液加入到捏合機或高速攪拌器中，加入完成后，再持續(xù)高速攪拌30min，取出，得到處理好的復合導熱填料。其中，石墨烯在復合導熱填料中的質量分數(shù)為1%，硅烷偶聯(lián)劑在復合導熱填料中的質量分數(shù)為1%。
本步驟中，所述導熱填料為氧化鋁，所述氧化鋁的直徑為0.3um。
本步驟中，所述硅烷偶聯(lián)劑為KH-550。
（2）取丙烯酸系的壓敏膠與復合導熱填料按4： 6的質量比加入到行星式攪拌器中高速攪拌混合，且攪拌過程中抽真空排泡和通冷凝水做保護，直至導熱填料在膠體中分布均勻，得到涂布液，然后利用涂布液以離型紙或PE/PET的離型膜為載體涂布出兩個單面導熱膠，固化成型，得到厚度為0.05mm干膜，然后將兩個單面導熱膠貼合到玻璃纖維布上，再去掉其中一面的離型紙或離型膜，收卷，得到成品。
實施例3
一種石墨烯導熱雙面膠的制備方法，包括如下步驟：
（1）先將導熱填料與石墨烯粉體按比例加入到捏合機或高速攪拌器中，在室溫下高速攪拌混合1h，使石墨烯包覆導熱填料；然后將硅烷偶聯(lián)劑加入到含水量低于1%的乙醇中配置成質量百分比濃度為10%的硅烷偶聯(lián)劑分散液，并在高速攪拌的過程中，利用噴霧的形式將硅烷偶聯(lián)劑分散液加入到捏合機或高速攪拌器中，加入完成后，再持續(xù)高速攪拌2h，取出，得到處理好的復合導熱填料。其中，石墨烯在復合導熱填料中的質量分數(shù)為5%，硅烷偶聯(lián)劑在復合導熱填料中的質量分數(shù)為3%。
本步驟中，所述導熱填料為氧化鋁與氮化鋁的混合，氧化鋁與氮化鋁的質量比為1：1，所述氧化鋁和氮化鋁的直徑均為3um。
本步驟中，所述硅烷偶聯(lián)劑為KH-550和KH-560兩種的混合。
（2）取橡膠型壓敏膠與復合導熱填料按9：1的質量比加入到行星式攪拌器中高速攪拌混合，且攪拌過程中抽真空排泡和通冷凝水做保護，直至導熱填料在膠體中分布均勻，得到涂布液，然后利用涂布液以離型紙或PE/PET的離型膜為載體涂布出兩個單面導熱膠，固化成型，得到厚度為2mm干膜，然后將兩個單面導熱膠貼合到無紡布上，再去掉其中一面的離型紙或離型膜，收卷，得到成品。
實施例4
一種石墨烯導熱雙面膠的制備方法，包括如下步驟：
（1）先將導熱填料與石墨烯粉體按比例加入到捏合機或高速攪拌器中，在室溫下高速攪拌混合30min，使石墨烯包覆導熱填料；然后將硅烷偶聯(lián)劑加入到含水量為0.8%的乙醇中配置成質量百分比濃度為7%的硅烷偶聯(lián)劑分散液，并在高速攪拌的過程中，利用噴霧的形式將硅烷偶聯(lián)劑分散液加入到捏合機或高速攪拌器中，加入完成后，再持續(xù)高速攪拌1h，取出，得到處理好的復合導熱填料。其中，石墨烯在復合導熱填料中的質量分數(shù)為3%，硅烷偶聯(lián)劑在復合導熱填料中的質量分數(shù)為2%。
本步驟中，所述導熱填料為氧化鋁、氮化鋁、碳化硅、氮化硼這四種的混合，所述導熱填料中氧化鋁、氮化鋁、碳化硅、氮化硼的質量均相同，且所述氧化鋁、氮化鋁、碳化硅和氮化硼的直徑均為2um。
本步驟中，所述硅烷偶聯(lián)劑為KH-570、KH-580、鈦酸丁酯偶聯(lián)劑這三種的混合。
（2）取聚氨酯型熱敏膠與復合導熱填料按7：3的質量比加入到行星式攪拌器中高速攪拌混合，且攪拌過程中抽真空排泡和通冷凝水做保護，直至導熱填料在膠體中分布均勻，得到涂布液，然后利用涂布液以離型紙或PE/PET的離型膜為載體涂布出兩個單面導熱膠，固化成型，得到厚度為1mm干膜，然后將兩個單面導熱膠貼合到無紡布上，再去掉其中一面的離型紙或離型膜，收卷，得到成品。
實施例5
一種石墨烯導熱雙面膠的制備方法，包括如下步驟：
（1）先將導熱填料與石墨烯粉體按比例加入到捏合機或高速攪拌器中，在室溫下高速攪拌混合45min，使石墨烯包覆導熱填料；然后將硅烷偶聯(lián)劑加入到含水量為0.7%的乙醇中配置成質量百分比濃度為8%的硅烷偶聯(lián)劑分散液，并在高速攪拌的過程中，利用噴霧的形式將硅烷偶聯(lián)劑分散液加入到捏合機或高速攪拌器中，加入完成后，再持續(xù)高速攪拌1.5h，取出，得到處理好的復合導熱填料。其中，石墨烯在復合導熱填料中的質量分數(shù)為4%，硅烷偶聯(lián)劑在復合導熱填料中的質量分數(shù)為3%。
本步驟中，所述導熱填料為碳化硅和氮化硼的混合，所述碳化硅和氮化硼的直徑均為0.3—3um。
本步驟中，所述硅烷偶聯(lián)劑為鈦酸丁酯偶聯(lián)劑。
（2）取有機硅系熱敏膠與復合導熱填料按5.5：4.5的質量比加入到行星式攪拌器中高速攪拌混合，且攪拌過程中抽真空排泡和通冷凝水做保護，直至導熱填料在膠體中分布均勻，得到涂布液，然后利用涂布液以離型紙或PE/PET的離型膜為載體涂布出兩個單面導熱膠，固化成型，得到厚度為0.1mm干膜，然后將兩個單面導熱膠貼合到玻璃纖維布上，再去掉其中一面的離型紙或離型膜，收卷，得到成品。
經(jīng)大量實驗證明，實施例2—5中采用特定的組分、特定的參數(shù)和特定的制備工藝，能夠制備出具有優(yōu)異性能的石墨烯導熱雙面膠，下表為實施例2—5所制備的石墨烯導熱雙面膠的性能參數(shù)：