一種石墨烯微片/粉末丁腈橡膠/環氧樹脂導熱復合材料及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種復合材料，特別是一種石墨烯微片/粉末丁腈橡膠/環氧樹脂導熱復合材料及其制備方法，還涉及這種石墨烯微片/粉末丁腈橡膠/環氧樹脂導熱復合材料的制備方法。
【背景技術】
[0002]環氧樹脂具有優異的力學性能、電絕緣性、化學穩定性，以及收縮率低、易成型加工和成本低廉等優點，在機械化工、電子電氣和航空航天等領域得到廣泛應用。然而，環氧樹脂自身導熱性能較差(導熱系數僅為0.20ff/mK)，且環氧樹脂固化物沖擊強度較差。為了進一步拓展環氧樹脂在電子封裝等要求耐高溫、低熱膨脹系數并具有良好傳熱性能場合的應用，改進環氧樹脂的導熱性能和沖擊強度是技術關鍵。
[0003]國內外學者大多采用在環氧樹脂中填充單一或復的高導熱金屬或無機導熱填料來制備環氧樹脂導熱復合材料，該法比較常用，制備成本低且易成型加工。但采用該法所制備的環氧樹脂導熱復合材料大多力學性能(沖擊強度)通常較差，無法滿足界面材料及封裝材料對其力學性能(沖擊強度)的特定要求。

【發明內容】

[0004]為了克服現有技術導熱性能和沖擊強度差的不足，本發明提供一種石墨烯微片/粉末丁腈橡膠/環氧樹脂導熱復合材料。該方法采用高導熱石墨烯微片(GNPs)為導熱改性劑，粉末丁腈橡膠(PNBRs)為增韌改性劑，可以在提高環氧樹脂導熱性能的同時盡可能地維持其沖擊強度。
[0005]本發明解決其技術問題所采用的技術方案是:一種石墨烯微片/粉末丁腈橡膠/環氧樹脂導熱復合材料，其組分包括75?94重量份的環氧樹脂、I?20重量份的石墨烯微片(GNPs)、5重量份粉末丁腈橡膠(PNBRs)、60?75重量份的甲基六氫苯酐(MeHHPA)和0.05?I重量份γ-(2，3-環氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷(ΚΗ-560)。
[0006]本發明還提供一種石墨烯微片/粉末丁腈橡膠/環氧樹脂導熱復合材料的制備方法，包括下述步驟:
[0007](a)將I?20重量份GNPs放入6?120重量份無水乙醇中浸泡24h，蒸餾水沖洗干凈后，放入100°c烘箱中真空干燥24h，冷卻至室溫后浸泡在濃度為30被％的MSA(0.4?8重量份)/蒸餾水溶液中，80°C下處理36h，再經蒸餾水沖洗干凈后，放入100°C烘箱中真空干燥24h，待冷卻至室溫后分散在10?200重量份無水乙醇中，攪拌均勻后倒入0.05?I重量份的KH-560，在70°C下反應6h，室溫靜置24h，再經蒸餾水沖洗干凈后，放入100°C烘箱中真空干燥24h，冷卻至室溫后，制得MSA/KH-560改性GNPs (fGNPs)。
[0008](b)將75?94重量份的環氧樹脂在60 °C預熱，加入5重量份的PNBRs、60?75重量份的MeHHPA和經步驟(a)表面改性的fGNPs，經攪拌(60 °C /0.5h)、超聲(100ff/30°C /0.5h)、抽真空(-0.lMPa/60°C /0.5h)脫泡后，澆注到60°C預熱的玻璃模具中，按100°C/lh+120°C /2h+150°C /4h工藝固化，再在190°C后處理3h，冷卻至室溫開模即得石墨烯微片/粉末丁腈橡膠/環氧樹脂導熱復合材料。
[0009]本發明的有益結果是:由于采用表面改性的fGNPs導熱改性劑和粉末丁腈橡膠增韌劑，使環氧樹脂復合材料具有較高的導熱性能時仍能盡可能地維持其沖擊強度，其導熱系數由現有技術的0.201W/mK提高到0.220?0.880W/mK，沖擊強度維持在10.8?23.8kJ/m2之間。
【具體實施方式】
[0010]下面結合實施例對本發明進一步說明，本發明包括但不僅限于下述實施例。
[0011]實施例1，將Ig GNPs放入6g無水乙醇中浸泡24h，蒸餾水沖洗干凈后，放入10(^烘箱中真空干燥24h，冷卻至室溫后浸泡在濃度為30被％的MSA(0.04g)/蒸餾水溶液中，8(ie下處理36h，再經蒸餾水沖洗干凈后，放入KKie烘箱中真空干燥24h，冷卻至室溫后分散在1g無水乙醇中，攪拌均勻后倒入0.05g KH-560，在7(ie下反應6h，室溫靜置24h，再經蒸餾水沖洗干凈后，放入10(^烘箱中真空干燥24h，冷卻至室溫后，制得Ig MSA/KH-560改性GNPs (fGNPs)。稱取 94g 環氧樹脂在 60?預熱，加入 5g PNBRs、75g MeHHPA 和 Ig fGNPs，經攪拌(60,c/0.5h)、超聲(100ff/30r/0.5h)、抽真空(-0.lMPa/60r/0.5h)脫泡后，澆注到6(ie預熱的玻璃模具中，按KKie/lh+120r /2h+150r /4h工藝條件固化，再在19(^后處理3h，冷卻至室溫開模即得石墨烯微片/粉末丁腈橡膠/環氧樹脂導熱復合材料。
[0012]經測試，所制備的石墨烯微片/粉末丁腈橡膠/環氧樹脂導熱復合材料的導熱系數為0.220W/mK，沖擊強度為23.8kJ/m2。
[0013]實施例2，將20g GNPs放入120g無水乙醇中浸泡24h，蒸餾水沖洗干凈后，放入10(ie烘箱中真空干燥24h，冷卻至室溫后浸泡在濃度為30被％的MSA (8g)/蒸餾水溶液中，8(ie下處理36h，再經蒸餾水沖洗干凈后，放入KKie烘箱中真空干燥24h，冷卻至室溫后分散在200g無水乙醇中，攪拌均勻后倒入Ig KH-560，在7(^下反應6h，室溫靜置24h，再經蒸餾水沖洗干凈后，放入10(^烘箱中真空干燥24h，冷卻至室溫后，制得20g MSA/KH-560改性GNPs (fGNPs)。稱取 75g 環氧樹脂在 60?預熱，加入 5g PNBRs、60g MeHHPA 和 20g fGNPs，經攪拌(60,c/0.5h)、超聲(100ff/30r/0.5h)、抽真空(_0.lMPa/60r/0.5h)脫泡后，澆注到6(ie預熱的玻璃模具中，按KKie/lh+120r /2h+150r /4h工藝條件固化，再在19(^后處理3h，冷卻至室溫開模即得石墨烯微片/粉末丁腈橡膠/環氧樹脂導熱復合材料。
[0014]經測試，所制備的石墨烯微片/粉末丁腈橡膠/環氧樹脂導熱復合材料的導熱系數為0.880W/mK，沖擊強度為10.8kJ/m2。
[0015]實施例3，將5g GNPs放入30g無水乙醇中浸泡24h，蒸餾水沖洗干凈后，放入10(^烘箱中真空干燥24h，冷卻至室溫后浸泡在濃度為30wt%的MSA(2g)/蒸餾水溶液中，8(ie下處理36h，再經蒸餾水沖洗干凈后，放入KKie烘箱中真空干燥24h，冷卻至室溫后分散在50g無水乙醇中，攪拌均勻后倒入0.25g KH-560,在7(ie下反應6h，室溫靜置24h，再經蒸餾水沖洗干凈后，放入10(^烘箱中真空干燥24h，冷卻至室溫后，制得5g MSA/KH-560改性GNPs (fGNPs)。稱取 90g 環氧樹脂在 60?預熱，加入 5g PNBRs、72g MeHHPA 和 5g fGNPs，經攪拌(60,c/0.5h)、超聲(100ff/30r/0.5h)、抽真空(_0.lMPa/60r/0.5h)脫泡后，澆注到6(ie預熱的玻璃模具中，按10(ye/lh+120r /2h+150r /4h工藝條件固化，再在19(^后處理3h，冷卻至室溫開模即得石墨烯微片/粉末丁腈橡膠/環氧樹脂導熱復合材料。
[0016]經測試，所制備的石墨烯微片/粉末丁腈橡膠/環氧樹脂導熱復合材料的導熱系數為0.322W/mK，沖擊強度為15.2kJ/m2。
[0017]實施例4，將15g GNPs放入90g無水乙醇中浸泡24h，蒸餾水沖洗干凈后，放入10(ie烘箱中真空干燥24h，冷卻至室溫后浸泡在濃度為30被％的MSA^g)/蒸餾水溶液中，8(ie下處理36h，再經蒸餾水沖洗干凈后，放入KKie烘箱中真空干燥24h，冷卻至室溫后分散在150g無水乙醇中，攪拌均勻后倒入0.75g KH-560，在70?下反應6h，室溫靜置24h，再經蒸餾水沖洗干凈后，放入10(^烘箱中真空干燥24h，冷卻至室溫后，制得15g MSA/KH-560改性 GNPs (fGNPs)。稱取 80g 環氧樹脂在 60?預熱，加入 5g PNBRs、64g MeHHPA 和 15g fGNPs,經攪拌(60 V。.5h)、超聲(100ff/30r/0.5h)、抽真空(-0.lMPa/60r /0.5h)脫泡后，澆注到
預熱的玻璃模具中，按10(^/lh+12(^/2h+15(^/4h工藝條件固化，再在19(^后處理3h，冷卻至室溫開模即得石墨烯微片/粉末丁腈橡膠/環氧樹脂導熱復合材料。
[0018]經測試，所制備的石墨烯微片/粉末丁腈橡膠/環氧樹脂導熱復合材料的導熱系數為0.652W/mK，沖擊強度為11.7kJ/m2。
[0019]實施例5，將1g GNPs放入60g無水乙醇中浸泡24h，蒸餾水沖洗干凈后，放入10(ie烘箱中真空干燥24h，冷卻至室溫后浸泡在濃度為30被％的MSA (4g)/蒸餾水溶液中，8(ie下處理36h，再經蒸餾水沖洗干凈后，放入KKie烘箱中真空干燥24h，冷卻至室溫后分散在10g無水乙醇中，攪拌均勻后倒入0.5g KH-560，在7(ie下反應6h，室溫靜置24h，再經蒸餾水沖洗干凈后，放入10(^烘箱中真空干燥24h，冷卻至室溫后，制得1g MSA/KH-560改性GNPs (fGNPs)。稱取 85g 環氧樹脂在 60?預熱，加入 5g PNBRs、68g MeHHPA 和 1g fGNPs，經攪拌(60,c/0.5h)、超聲(100ff/30r/0.5h)、抽真空(-0.lMPa/60r/0.5h)脫泡后，澆注到6(ie預熱的玻璃模具中，按KKie/lh+120r /2h+150r /4h工藝條件固化，再在19(^后處理3h，冷卻至室溫開模即得石墨烯微片/粉末丁腈橡膠/環氧樹脂導熱復合材料。
[0020]經測試，所制備的石墨烯微片/粉末丁腈橡膠/環氧樹脂導熱復合材料的導熱系數為0.520W/mK，沖擊強度為12.5kJ/m2。
【主權項】
1.一種石墨烯微片/粉末丁腈橡膠/環氧樹脂導熱復合材料，其特征在于:組分包括75?94重量份的環氧樹脂、I?20重量份的石墨稀微片、5重量份粉末丁腈橡膠、60?75重量份的甲基六氫苯酐和0.05?I重量份γ-(2，3-環氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷。
2.—種權利要求1所述石墨烯微片/粉末丁腈橡膠/環氧樹脂導熱復合材料的制備方法，其特征在于包括下述步驟: (a)將I?20重量份GNPs放入6?120重量份無水乙醇中浸泡24h，然后用蒸餾水沖洗干凈，放入100°C烘箱中真空干燥24h，冷卻至室溫后浸泡在0.4?8重量份濃度為30wt%的MSA/蒸餾水溶液中，80°C下處理36h，再經蒸餾水沖洗干凈后，放入100°C烘箱中真空干燥24h，待冷卻至室溫后分散在10?200重量份無水乙醇中，攪拌均勻后倒入0.05?I重量份的KH-560，在70°C下反應6h，室溫靜置24h，再經蒸餾水沖洗干凈后，放入100 °C烘箱中真空干燥24h，冷卻至室溫后，制得fGNPs ； (b)將75?94重量份的環氧樹脂在60°C預熱，加入5重量份的PNBRs、60?75重量份的MeHHPA和fGNPs，經攪拌、超聲、抽真空脫泡后，澆注到60°C預熱的玻璃模具中，依次經100°C加熱lh、120°C加熱2h、150°C加熱4h固化，再在190°C后處理3h，冷卻至室溫開模即得石墨烯微片/粉末丁腈橡膠/環氧樹脂導熱復合材料。
3.根據權利要求2所述石墨烯微片/粉末丁腈橡膠/環氧樹脂導熱復合材料的制備方法，其特征在于:所述的攪拌在60°C下進行0.5h，所述的超聲功率為100W，在30°C下進行.0.5h，所述的抽真空條件為-0.lMPa，60°C下進行0.5h。
【專利摘要】本發明提供了一種石墨烯微片/粉末丁腈橡膠/環氧樹脂導熱復合材料及其制備方法，利用75～94重量份的環氧樹脂、1～20重量份的石墨烯微片、5重量份粉末丁腈橡膠、60～75重量份的甲基六氫苯酐和0.05～1重量份γ-(2,3-環氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷制備。本發明采用高導熱石墨烯微片為導熱改性劑，粉末丁腈橡膠為增韌改性劑，可以在提高環氧樹脂導熱性能的同時盡可能地維持其沖擊強度。
【IPC分類】C08K3-04, C08K9-08, C08L63-00, C08K7-00, C08K9-06, C08L9-02
【公開號】CN104761873
【申請號】CN201510171975
【發明人】顧軍渭, 楊旭彤, 張秋禹, 耿旺昌, 徐爽, 田力冬
【申請人】西北工業大學
【公開日】2015年7月8日
【申請日】2015年4月13日