一种高强度散热纸基材料及其制备方法

本发明涉及芳香族聚酰胺材料，具体涉及一种高强度散热纸基材料及其制备方法。

背景技术：

1、芳纶纤维是一种高性能合成纤维，具有高强度、高模量、耐高温、耐摩擦、阻燃、尺寸稳定性好等优点，是世界公认的三大高性能纤维之一。芳纶纸是以芳纶短切纤维和芳纶沉析纤维为主要原料，采用湿法成形技术制成的一种特种纸基材料，具有易加工、耐折叠、耐撕裂等特性。芳纶纸相比常见的纤维素基导热纸和碳系导热纸，有更高的机械性能和绝缘性能，适合作为柔性导热材料应用于电气设备中。这些电气设备的使用过程中，会产生大量热量，若热量聚集在电气设备内部无法及时散出，将会影响电气设备的工作效率和使用寿命，严重时甚至可能产生火灾风险。然而，芳纶纤维本身的低导热系数(0.13w/mk)使得芳纶纸的导热性能不理想，难以满足高性能导热材料的要求。

2、现有技术中，为了提高芳纶纸的导热性能，一种可行的方法是将具有高导热系数的纳米材料掺杂到芳纶纸中，形成纳米复合导热纸。例如中国专利(202211329652.0)公开了一种导热绝缘纸及其制备方法，采用加填和涂布两种方法调控导热芳纶纸的氮化硼含量，在保证绝缘性能的同时，将材料的绝缘性能提高了4倍，但是该芳纶纸的生产流程和工艺相对复杂，不适于大规模生产；中国专利(202310317355.2)一种导热绝缘的工业芳纶纸及其制备方法，采用了改性微米金刚石-氮化硼纳米片杂化结构导热填料制备导热绝缘的工业芳纶纸，其制备工艺简单适合大规模生产，但高成本的纳米金刚石使得该型芳纶导热纸的成本高，难以大规模应用。

技术实现思路

1、本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种高强度散热纸基材料的制备方法。

2、本发明的另一目的在于提供一种由上述方法制得的高强度散热纸。

3、本发明的目的通过下述技术方案实现：

4、一种高强度散热纸基材料的制备方法，包括以下步骤：

5、(1)分散液的制备

6、将芳纶短切纤维和分散剂加入疏解机进行疏解，得到分散液1；将芳纶沉析纤维、纳米纤维素、石墨烯和醋酸纤维素加入疏解机进行疏解，得到分散液2；将分散液1和分散液2混合后得到分散液3；

7、(2)纸页的制备

8、将步骤(1)得到的分散液3，脱水抄造成形，得到湿纸页，将湿纸页加热减压干燥，得到芳纶纸；

9、(3)热压处理

10、将步骤(2)得到的芳纶纸进行热压处理，得到高强度散热纸。

11、步骤(1)中所述的石墨烯、纳米纤维素、醋酸纤维素、芳纶短切纤维和芳纶沉析纤维的质量比(以绝干质量计算)为0.5～2.5:2:5:45.25～46.25:45.25～46.25。

12、步骤(1)所述分散剂为聚氧化乙烯，聚氧化乙烯的添加量为芳纶短切纤维绝干质量的0.2％。

13、聚氧化乙烯在使用前配成质量分数为0.05％的聚氧化乙烯水溶液。

14、步骤(1)所采用的疏解条件为7000～10000转。

15、步骤(1)所述的芳纶短切纤维的长度为5～7mm；所述纳米纤维素可以采用机械法、化学法、生物法制得，优选为机械法制备得到的纳米纤维素。

16、步骤(2)所述的干燥的温度为88～92℃，真空度为-1.0bar，干燥时间为8～12min。

17、步骤(3)所述的热压处理的温度为230～265℃，热压处理的压力为4～6mpa，热压处理的时间为4～6min。

18、本发明所述高强度散热纸可应用在电子(如柔性电子器件、轻薄型电子设备、电池等)、电力、军工、航空航天等领域。

19、本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

20、(1)本发明将机械法制备的纳米纤维素添加于芳纶纸，纳米纤维素作为纳米纤维材料，具有大比表面积、高孔隙率、可观的机械强度、较高的表面活性等特性，有利于在芳纶纤维间形成氢键，增强芳纶纤维间的结合强度。当芳纶纸受到外力作用，纸张产生形变，氢键不断断裂和重组，可以分散纸张受到的应力，增强纸张的韧性。纳米纤维素的加入可以有效改善芳纶纸的界面结合强度，具体表现为芳纶纸的抗张强度、撕裂强度等多项力学性能的提升，使纸张具有较高的力学强度。

21、(2)本发明采用的是已经工业化生产的机械剥离法石墨烯，由于石墨烯依靠声子传热的特性，石墨烯具有较高的热导率，采用粉末状的石墨烯制备导热纸，可以有效构建芳纶纸内部的导热网络，达到较好的导热效果。

22、(3)本发明加入了醋酸纤维素为纸张的填充材料，在热压条件下，纸页中的醋酸纤维素熔融，将纸张中的芳纶短切纤维粘合在一起，从而形成一种相对较稳定的结构，达成补强芳纶纸力学性能的目的。

23、(4)醋酸纤维素的加入也增加了纸张纤维表面粗糙程度，从而提升石墨烯的留着率。制备的高强度散热纸较为稳定，且工艺简单，适宜大规模生产。

24、(5)本发明制备的高强度散热纸具有较强的导热性。

技术特征：

1.一种高强度散热纸基材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(1)中所述的石墨烯、纳米纤维素、醋酸纤维素、芳纶短切纤维和芳纶沉析纤维的质量比为0.5～2.5:2:5:45.25～46.25:45.25～46.25，以绝干质量计。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(1)所述分散剂为聚氧化乙烯，聚氧化乙烯的添加量为芳纶短切纤维绝干质量的0.2％。

4.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于：步骤(1)所采用的疏解条件为7000～10000转。

5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于：步骤(1)所采用的芳纶短切纤维的长度为5～7mm，所述纳米纤维素为机械法、化学法或生物法制得的纳米纤维素。

6.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于：步骤(2)所述的干燥的温度为88～92℃，真空度为-1.0bar，干燥时间为8～12min。

7.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于：步骤(3)所述的热压处理的温度为230～265℃，热压处理的压力为4～6mpa，热压处理的时间为4～6min。

8.一种由权利要求1～8任一项所述方法制备得到的高强度散热纸。

技术总结本发明涉及芳香族聚酰胺材料，具体涉及一种高强度散热纸基材料及其制备方法。本发明的技术方案是：将芳纶短切纤维、芳纶沉析纤维、纳米纤维素、石墨烯和醋酸纤维素分别进行疏解，然后混合成分散液，通过湿法抄造、干燥和热压处理，制得高强度散热纸。本发明加入了醋酸纤维素为纸张的填充材料，在热压条件下，纸页中的醋酸纤维素熔融，将纸张中的芳纶短切纤维粘合在一起，从而形成一种相对较稳定的结构，达成补强芳纶纸力学性能的目的。同时，醋酸纤维素的加入也增加了纸张纤维表面粗糙程度，从而提升石墨烯的留着率。因此，本发明制备的高强度散热纸具有高导热、高强度、高韧性等特点，具有广阔的应用前景。技术研发人员：王舜柯,李金鹏,徐峻受保护的技术使用者：广东工业大学技术研发日：技术公布日：2024/5/27