本發(fā)明涉及物體散熱技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種石墨烯碳納米管高溫散熱涂料及其制備方法。
背景技術(shù)：
物體散熱的方式有輻射散熱、傳導(dǎo)散熱、對(duì)流散熱、蒸發(fā)散熱。高溫物體的散熱幾乎包含所有的散熱方式，但空氣的導(dǎo)熱性較小，在空氣中通過(guò)直接傳導(dǎo)散熱量極小，傳熱效率極低。物體通過(guò)氣體流動(dòng)進(jìn)行熱量交換的對(duì)流散熱由于高溫物體周?chē)諝饬鲃?dòng)性差，帶走的熱量也不高，散熱效果也不明顯，蒸發(fā)散熱靠帶動(dòng)周?chē)橘|(zhì)的溫度升高改變物質(zhì)形態(tài)而帶走熱量，這種散熱方式有一定的局限性。因而改善高溫物體散熱效率最直觀有效的散熱途徑為輻射散熱。輻射散熱降溫涂料是一種輻射走物體熱量并隔熱的涂料，涂料直接涂刷在要散熱降溫的物體表面，散熱涂料能夠以1-13.5μm紅外波長(zhǎng)向大氣空間自動(dòng)輻射走被涂刷物體上的熱量，降低物體表面和內(nèi)部溫度，散熱降溫明顯。
專(zhuān)利CN 101659829A(2010年)提供了一種紅外線輻射復(fù)合散熱涂料及涂料的制備和噴涂方法，該散熱涂料以納米二氧化硅和2-丙烯基-聚苯胺納米纖維為填料，以炭黑涂料為底層涂料，該方法制備的散熱涂料紅外發(fā)射率高，可達(dá)96％以上，且輻射波長(zhǎng)寬，從近紅外、中紅外到遠(yuǎn)紅外都有涉及，但制備工藝復(fù)雜，成本高。
專(zhuān)利CN 102618141A(2012年)提供了一種改性丙烯酸散熱粉末涂料及制備方法，該材料由80～90％碳纖維和10～20％納米材料組成散熱劑，采用溶液原位聚合法將散熱及均勻分散在樹(shù)脂基體中。該散熱涂層可涂覆于LED液晶模組背板表面，具有較高的散熱效率，但是其成本較高。
專(zhuān)利CN 101353553A(2009年)提供了一種散熱涂料及其制備方法，該材料采用氧化鋅、碳化硅和鋁粉等作為散熱涂料填料，阻燃性好、導(dǎo)熱系數(shù)高；使用方法簡(jiǎn)單，可直接涂布于散熱裝置上，使散熱裝置的表面形成不規(guī)則的凹凸面，增加了散熱裝置的散熱面積，提升了散熱效果，但當(dāng)散熱顆粒直徑較小時(shí)，粒子會(huì)由于“團(tuán)簇”而難以均勻分散在樹(shù)脂中。
目前市場(chǎng)主流散熱涂料一般為添加型散熱涂料，即在成膜基料中加入碳納米管，經(jīng)過(guò)物理性高速剪切攪拌而形成的納米功能性涂料，但散熱效果不是很理想，并沒(méi)有發(fā)揮納米功能性散熱涂料散熱的極致。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服現(xiàn)有的散熱涂料散熱效果不理想的缺陷，提供一種石墨烯碳納米管高溫散熱涂料及其制備方法。
為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了如下的技術(shù)方案：
一種石墨烯碳納米管高溫散熱涂料，包括以下重量份數(shù)的各組分：石墨烯碳納米管復(fù)合漿料30～40份，水性氟碳樹(shù)脂或者氟碳樹(shù)脂乳液：28～45份，水：15～30份，消泡劑：0.1～0.3份，流平劑：0.1～0.3份，增稠劑：0.1～0.3份，二丙二醇甲醚2～5份。
優(yōu)選的，所述水性氟碳樹(shù)脂或者氟碳樹(shù)脂乳液的摩擦系數(shù)為0.15～0.17，最大吸水率小于5％。
進(jìn)一步的，所述的石墨烯碳納米管復(fù)合漿料包括以重量百分比計(jì)的碳納米管1.5％～3％，石墨烯：1％～2.5％，消泡劑：0.1％～0.3％，潤(rùn)濕劑：0.1％～0.3％，其余為水。
進(jìn)一步的，包括以下重量份數(shù)的各組分：石墨烯碳納米管復(fù)合漿料36份，水性氟碳樹(shù)脂或者氟碳樹(shù)脂乳液：36份，水：22份，消泡劑：0.2份，流平劑：0.2份，增稠劑：0.2份，二丙二醇甲醚4份。
一種石墨烯碳納米管高溫散熱涂料的制備方法，包括以下步驟：
1)、將石墨烯和碳納米管放入水中，加潤(rùn)濕劑潤(rùn)濕；加入消泡劑，研磨，研磨至細(xì)度≤30um；
2)、磁場(chǎng)誘導(dǎo)；
3)、把漿料放入定量的水中，并加入消泡劑；
4)、緩慢加入水性氟碳樹(shù)脂或者氟碳樹(shù)脂乳液，快速攪拌；
5)、加二丙二醇甲醚、流平劑和增稠劑，低速攪拌。
6)、靜止，質(zhì)檢。
本發(fā)明選擇水性氟碳樹(shù)脂或者氟碳樹(shù)脂乳液材料的理論依據(jù)：水性氟碳樹(shù)脂或者氟碳樹(shù)脂乳液材料具有獨(dú)特優(yōu)異的耐熱(180℃-260℃)、耐低溫(-200℃)、耐化學(xué)腐蝕，強(qiáng)附著力性、超長(zhǎng)耐候性。氟碳涂層有極低的表面能、表面灰塵可通過(guò)雨水自潔，極好的疏水性(最大吸水率小于5％)且斥油、極小的摩擦系數(shù)(0.15—0.17)，不會(huì)粘塵結(jié)垢，防污性好。涂層中含有大量的F--C鍵，決定了其超強(qiáng)的穩(wěn)定性，不粉化、不褪色，使用壽命長(zhǎng)達(dá)20年，具有比任何其他類(lèi)涂料更為優(yōu)異的使用性能。
本發(fā)明選擇碳納米管的理論依據(jù)：碳納米管具有良好的傳熱性能，CNTs具有非常大的長(zhǎng)徑比，因而其沿著長(zhǎng)度方向的熱交換性能很高，相對(duì)的其垂直方向的熱交換性能較低，通過(guò)合適的取向，碳納米管可以合成高各向異性的熱傳導(dǎo)材料。另外，碳納米管有著較高的熱導(dǎo)率，只要在復(fù)合材料中摻雜微量的碳納米管，該復(fù)合材料的熱導(dǎo)率將會(huì)可能得到很大的改善。這為本發(fā)明高溫散熱涂料提供了理論支持。
本發(fā)明選擇石墨烯的理論依據(jù)：石墨烯由單層碳原子組成，具有蜂窩狀二維晶體結(jié)構(gòu)，是目前世界上已知的最薄材料。石墨烯具有較高的比表面積(2600m2/g)，突出的導(dǎo)熱性能(3500W/m·K)和極限強(qiáng)度(1100GPa)、室溫下具備高速的電子遷移率(15000cm2·V-1·K-1)，在納米儀器、復(fù)合材料、儲(chǔ)氫材料等領(lǐng)域得到廣泛研究與應(yīng)用。石墨烯電子遷移率可達(dá)到2×105cm2/V·s，約為硅中電子遷移率的140倍，砷化鎵的20倍，溫度穩(wěn)定性高，電導(dǎo)率可達(dá)108Ω/m，面電阻約為31Ω/sq(310Ω/m2)，比銅或銀更低，是室溫下導(dǎo)電最好的材料。其次，比表面積大(2630m2/g)，熱導(dǎo)率(室溫下是5000W·m-1·K-1)是硅的36倍，砷化鎵的20倍，是銅(室溫下401W·m·K)的十倍多，而且其抗拉強(qiáng)度和彈性模量分別為125GPa和1.1TPa，楊氏模量約為42N/m2，面積為1m2的石墨烯層片可承受4kg的質(zhì)量，因此，加入石墨烯使涂層導(dǎo)電率得到很大提高，而且石墨烯在涂層中會(huì)形成一層致密的薄膜，增強(qiáng)涂層表面的硬度和耐劃傷性能。
簡(jiǎn)單的物理性攪拌或者通過(guò)加入分散劑使碳納米管分散，雖然在涂料成膜后能形成一定的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，但碳納米管管無(wú)規(guī)則分布，導(dǎo)致涂料成膜后的導(dǎo)熱性一般較低，本發(fā)明在碳納米管加入成膜基料后再經(jīng)過(guò)磁場(chǎng)誘導(dǎo)來(lái)提高碳管在成膜后膜中的XY方向的取向度，提高碳管在X方向的取向，放大碳管本身的導(dǎo)熱性。而石墨烯的加入可顯著增加涂料涂層的防腐性能。
本發(fā)明選擇二丙二醇二甲醚的理論依據(jù)：二丙二醇二甲醚是一種多用途環(huán)保型溶劑，有微弱的醚類(lèi)氣味，適當(dāng)?shù)膿]發(fā)速度，化學(xué)上優(yōu)異的穩(wěn)定性，極優(yōu)異的溶解性能，對(duì)人體有較高的安全性。
本發(fā)明通過(guò)改善碳納米管管徑的取向，再通過(guò)化學(xué)手段摻入適量的石墨烯，進(jìn)一步改善碳納米管和石墨烯的熱傳導(dǎo)率和發(fā)射性，從而使散熱效果更理想，也通過(guò)更換成膜基料，使用耐候性和耐高溫性更好的水性氟碳樹(shù)脂或者氟碳樹(shù)脂乳液，來(lái)擴(kuò)張散熱涂料使用的領(lǐng)域。
具體實(shí)施方式
以下對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的優(yōu)選實(shí)施例僅用于說(shuō)明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
實(shí)施例1
一種石墨烯碳納米管高溫散熱涂料，包括以下重量份數(shù)的各組分：石墨烯碳納米管復(fù)合漿料30份，水性氟碳樹(shù)脂或者氟碳樹(shù)脂乳液：28份，水：15份，消泡劑：0.1份，流平劑：0.1份，增稠劑：0.1份，二丙二醇甲醚2份。
所述的石墨烯碳納米管復(fù)合漿料包括以重量百分比計(jì)的碳納米管1.5％，石墨烯：2.5％，消泡劑：0.1％，潤(rùn)濕劑：0.3％，其余為水。
一種石墨烯碳納米管高溫散熱涂料的制備方法，包括以下步驟：
1)、將石墨烯和碳納米管放入水中，加潤(rùn)濕劑潤(rùn)濕；加入消泡劑，研磨，研磨至細(xì)度≤30um；
2)、磁場(chǎng)誘導(dǎo)；
3)、把漿料放入定量的水中，并加入消泡劑；
4)、緩慢加入水性氟碳樹(shù)脂或者氟碳樹(shù)脂乳液，快速攪拌；
5)、加二丙二醇甲醚、流平劑和增稠劑，低速攪拌。
6)、靜止，質(zhì)檢。
實(shí)施例2
一種石墨烯碳納米管高溫散熱涂料，包括以下重量份數(shù)的各組分：石墨烯碳納米管復(fù)合漿料40份，水性氟碳樹(shù)脂或者氟碳樹(shù)脂乳液：45份，水：30份，消泡劑：0.3份，流平劑：0.3份，增稠劑：0.3份，二丙二醇甲醚5份。
所述的石墨烯碳納米管復(fù)合漿料包括以重量百分比計(jì)的碳納米管3％，石墨烯：1％，消泡劑：0.3％，潤(rùn)濕劑：0.1％，其余為水。
本實(shí)施例的石墨烯碳納米管高溫散熱涂料的制備方法同實(shí)施例1。
實(shí)施例3
一種石墨烯碳納米管高溫散熱涂料，包括以下重量份數(shù)的各組分：石墨烯碳納米管復(fù)合漿料36份，水性氟碳樹(shù)脂或者氟碳樹(shù)脂乳液：36份，水：22份，消泡劑：0.2份，流平劑：0.2份，增稠劑：0.2份，二丙二醇甲醚4份。
所述的石墨烯碳納米管復(fù)合漿料包括以重量百分比計(jì)的碳納米管2％，石墨烯：1.5％，消泡劑：0.2％，潤(rùn)濕劑：0.2％，其余為水。
本實(shí)施例的石墨烯碳納米管高溫散熱涂料的制備方法同實(shí)施例1。
實(shí)施例4
同實(shí)施例1，但不經(jīng)過(guò)磁場(chǎng)誘導(dǎo)。
將上述制備得到的實(shí)施例1-4高溫散熱涂料以及市售現(xiàn)有的散熱涂料(對(duì)比例)進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。
實(shí)驗(yàn)方法：將上述五中材料分別涂覆于五個(gè)箱體的內(nèi)壁，涂覆后，箱體內(nèi)壁用相同的高功率燈管照射30min后，測(cè)試箱體內(nèi)壁的溫度。測(cè)試環(huán)境：室溫15/℃。
由上表可以看出，實(shí)施例1～4的散熱效果均顯著優(yōu)于對(duì)比例，但是實(shí)施例4由于未經(jīng)磁場(chǎng)誘導(dǎo)的步驟，沒(méi)有改善碳納米管和石墨烯的熱傳導(dǎo)率和發(fā)射性，所以散熱效果不如實(shí)施例1～3。
最后應(yīng)說(shuō)明的是：以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。