一種具有核殼結(jié)構(gòu)的石墨樹脂復(fù)合材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于導(dǎo)熱復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有核殼結(jié)構(gòu)的石墨樹脂復(fù)合材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，由于石墨優(yōu)良的導(dǎo)熱性能和尚分子樹脂材料優(yōu)良的加工性能，以石墨為填料的復(fù)合材料引起了人們的關(guān)注。長期以來，尋找散熱高效的導(dǎo)熱復(fù)合材料一直是保證電子元器件及相關(guān)電子設(shè)備正常運行所面臨的巨大挑戰(zhàn)。據(jù)相關(guān)資料表明，電子設(shè)備溫度每升高2°C，其可靠性下降10%，50°C時的產(chǎn)品的使用壽命只有25°C時的1/6?，F(xiàn)如今，隨著大規(guī)模集成線路的飛速發(fā)展，在更小、更薄、更緊湊的尺寸設(shè)計要求下，對導(dǎo)熱復(fù)合材料提出了更高的要求。
[0003]常見的石墨屬六方晶系。石墨雖然屬于非金屬材料，但其導(dǎo)熱性能不亞于金屬材料。傳統(tǒng)的石墨樹脂復(fù)合材料主要是將石墨與樹脂通過擠出機或密煉機進行簡單的共混制備的，制備的石墨樹脂復(fù)合材料具有石墨分散不均勻，導(dǎo)熱性能差等缺點。只有當導(dǎo)熱填料的質(zhì)量份數(shù)超過50%的時候，傳統(tǒng)石墨樹脂復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)才有較大提高，且導(dǎo)熱系數(shù)較難超過lW/mK。而且，由于在加工過程中石墨團聚較嚴重，所以制備的復(fù)合材料機械性能較差。石墨樹脂復(fù)合材料也可以通過溶液混合的方法制備，通過有機溶劑使石墨較好的分散在樹脂中，但具有污染嚴重，后期處理麻煩，成本高等缺點，其明顯的局限性使這種方法很難進行工業(yè)化生產(chǎn)。
[0004]鑒于此，制備一種加工便捷，同時具備高導(dǎo)熱系數(shù)的石墨樹脂復(fù)合材料將擁有廣泛的應(yīng)用前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種具有良好的導(dǎo)熱性能和加工性能的具有核殼結(jié)構(gòu)的石墨樹脂復(fù)合材料的制備方法。
[0006]—種具有核殼結(jié)構(gòu)的石墨樹脂復(fù)合材料，由以下重量份數(shù)的物質(zhì)組成:石墨粉填料5-50份，聚苯乙烯類膠黏劑2-8份，樹脂93-42份；核殼結(jié)構(gòu)的最外層為導(dǎo)熱石墨粉填料，核心層為球型的樹脂顆粒，中間層為聚苯乙烯類膠黏劑。
[0007]進一步地，如上所述的具有核殼結(jié)構(gòu)的石墨樹脂復(fù)合材料，所述石墨粉填料是由目數(shù)為100目，300目，500目，1000目，5000目，800目，10000目中的一種或者一種以上石墨混合而成。
[0008]進一步地，如上所述的具有核殼結(jié)構(gòu)的石墨樹脂復(fù)合材料，所述聚苯乙烯類膠黏劑是將聚苯乙烯彈性體溶解到有機溶劑中制備的，所述有機溶劑為二甲苯、甲苯、四氫呋喃、環(huán)己烷中的一種或一種以上的混合溶劑。
[0009]進一步地，如上所述的具有核殼結(jié)構(gòu)的石墨樹脂復(fù)合材料，所述聚苯乙烯彈性體是SEBS彈性體、SIS彈性體、SBS彈性體中的一種或一種以上的共混。
[0010]進一步地，如上所述的具有核殼結(jié)構(gòu)的石墨樹脂復(fù)合材料，所述樹脂為聚丙烯、低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、超高分子量聚乙烯、聚苯乙烯中的一種。
[0011]進一步地，如上所述的具有核殼結(jié)構(gòu)的石墨樹脂復(fù)合材料，所述球型的樹脂顆粒其尺寸為10um-800um。
[0012]進一步地，如上所述的具有核殼結(jié)構(gòu)的石墨樹脂復(fù)合材料，所述最外層的導(dǎo)熱石墨其厚度為整個核殼結(jié)構(gòu)半徑的10% -50% ;所述球型的樹脂顆粒其半徑為整整個核殼結(jié)構(gòu)半徑的89% -45% ;所述中間層的聚苯乙烯類彈性體其厚度為整個核殼結(jié)構(gòu)半徑的1% -5%。
[0013]—種具有核殼結(jié)構(gòu)的石墨樹脂復(fù)合材料制備方法，包括以下的步驟:
[0014](1)、在常溫條件下，將聚苯乙烯類膠黏劑和球型的樹脂顆粒加入到反應(yīng)器中攪拌均勻；
[0015](2)、在常溫條件下，將石墨粉填料分為3-5等份分別先后加入到反應(yīng)器中，并同時進行攪拌，反復(fù)進行上述操作直到墨粉填料添加完畢；
[0016](3)、將攪拌均勻的漿料放置到真空烘箱中進行烘干18_24h ;
[0017](4)、將制備的具有核殼結(jié)構(gòu)的石墨樹脂復(fù)合材料，在80 °C -210 °C的溫度和3MPa-15MPa壓力下壓縮成型，最終制備的產(chǎn)品與壓縮成型模具型腔相同。
[0018]進一步地，如上所述的具有核殼結(jié)構(gòu)的石墨樹脂復(fù)合材料制備方法，所述步驟(2)包括:其中每一次加入石墨粉填料時，分別將攪拌速度由lOrpm調(diào)節(jié)到30rpm，攪拌2_3分鐘，然后再將攪拌速度調(diào)節(jié)為lOrpm，攪拌2-3分鐘，反復(fù)進行上述操作直到墨粉填料添加完畢。
[0019]進一步地，如上所述的具有核殼結(jié)構(gòu)的石墨樹脂復(fù)合材料制備方法，所述真空烘箱的溫度為70°C -120°C。
[0020]本發(fā)明提供的具有核殼結(jié)構(gòu)的石墨樹脂復(fù)合材料其最外層為導(dǎo)熱石墨粉填料，核心層為球型的樹脂顆粒，中間層為聚苯乙烯類彈性體。本發(fā)明具有核殼結(jié)構(gòu)的石墨樹脂復(fù)合材料通過壓縮成型制備的導(dǎo)熱產(chǎn)品具有熱傳導(dǎo)率高、重量輕、價格合適的優(yōu)點。導(dǎo)熱系數(shù)可以達到4W/mK。
【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明具有核殼結(jié)構(gòu)的石墨樹脂復(fù)合材料的實際加工流程圖。
[0022]【附圖說明】:
[0023]1-石墨粉填料，2聚苯乙烯類膠黏劑_，3-球型樹脂顆粒，4-模具，5-產(chǎn)品。
【具體實施方式】
[0024]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面本發(fā)明中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0025]圖1為本發(fā)明具有核殼結(jié)構(gòu)的石墨樹脂復(fù)合材料的實際加工流程圖，如1所示，本發(fā)明提供的具有核殼結(jié)構(gòu)的石墨樹脂復(fù)合材料包括3層，分別為最外層的導(dǎo)熱石墨粉填料1、核心層的球型樹脂顆粒3、中間層的聚苯乙烯類膠黏劑2。其中，各層由以下重量份數(shù)的物質(zhì)組成:石墨粉填料5-50份，聚苯乙烯類膠黏劑2-8份，樹脂93-42份。所述球型的樹脂顆粒其尺寸為10um-800um，所述最外層的導(dǎo)熱石墨其厚度為整個核殼結(jié)構(gòu)半徑的10% -50% ;所述球型的樹脂顆粒其半徑為整整個核殼結(jié)構(gòu)半徑的89% -45% ;所述中間層的聚苯乙烯類彈性體其厚度為整個核殼結(jié)構(gòu)半徑的1% _5%。
[0026]其制備方法為:
[0027]首先，在常溫條件下，將聚苯乙烯類膠黏劑和球狀的樹脂加入到反應(yīng)器中攪拌均勻；
[0028]然后，在常溫條件下，將石墨粉填料分為3-5等份分別加入到反應(yīng)器中，同時進行攪拌，其中每一次加入導(dǎo)熱填料石墨時，分別將攪拌速度由lOrpm調(diào)節(jié)到30rpm，攪拌2_3分鐘，然后再將攪拌速度調(diào)節(jié)為lOrpm，攪拌2-3分鐘。反復(fù)進行上述操作直到石墨粉填料添加完畢，最終制備成圖1中(a)所示的結(jié)構(gòu)。
[0029]其次，將攪拌均勻的漿料放置到70°C -120°C的真空烘箱18_24h進行烘干；將制備的具有核殼結(jié)構(gòu)的石墨樹脂復(fù)合材料，在80°C _210°C的溫度和3MPa-15MPa壓力下在模具4中進行壓縮(如圖如1中(b)結(jié)構(gòu)所示)，最終制備的產(chǎn)品5與壓縮成型模具型腔相同，如圖1中(c)所示。
[0030]由于傳統(tǒng)的導(dǎo)熱材料都是通過導(dǎo)熱填料與樹脂簡單的共混制備，這樣制備的導(dǎo)熱材料的導(dǎo)熱性能會很差，這是因為高導(dǎo)熱系數(shù)的原理是導(dǎo)熱填料要形成一個導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)，也就是說熱量是要通過導(dǎo)熱填料進行傳送，如果是簡單的共混是很難形成導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)的。所以本申請是在制備一個特殊的結(jié)構(gòu)，目的是讓石墨進行有序的分布然后形成網(wǎng)絡(luò)。最外層導(dǎo)熱石墨是功能填料，核心樹脂作為基體材料，中間層則是為了石墨更好的包覆上樹脂，起到粘結(jié)劑的作用，三層結(jié)構(gòu)的目的就是為了在加工后，石墨能夠形成網(wǎng)絡(luò)，從而形成一個具有高導(dǎo)熱系數(shù)系能的導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
[0031]本發(fā)明將新型石墨樹脂復(fù)合材料制備為核殼結(jié)構(gòu)的目的就是在壓縮成形中，制品中的石墨能夠有序的分布形成一個致密的導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)，大幅度提高導(dǎo)熱性。在壓縮成型中石墨和樹脂都是不能流動的，中間層可以部分流動，而且中間層會滲到石墨層中起到粘結(jié)作用。
[0032]另外，由于在壓縮成型中加工溫度是低于樹脂的流動溫度的，所以樹脂和石墨是不會共混到一起，最終制備的制品還會保持核殼結(jié)構(gòu)。
[0033]實施例1
[0034]—種具有核殼結(jié)構(gòu)的新型石墨樹脂復(fù)合材料制備，其制備按照如下步驟進行:在常溫條件下，將2.5ml的SEBS膠黏劑和45g的球狀的聚丙烯加入到反應(yīng)器中攪拌均勻，然后再將