用于卷烧式石墨化的聚酰亚胺膜及石墨膜制造方法与流程

本发明涉及一种用于卷烧式石墨化的聚酰亚胺膜、石墨膜及其制造方法，特别是涉及如何调整聚酰亚胺的组成使其具有适当机械性质，使其碳化膜及石墨膜具有良好的机械强度，避免产生龟裂或断裂。

背景技术：

移动装置的快速成长使得轻薄化成为电子产品的趋势，而电子元件为了缩减体积而让元件做紧密的堆积，因此晶片、背光模组及电池等的散热问题成为重要的议题。在导热、散热效能要求逐渐严峻时，人造软性石墨膜的问市让这些问题得以有了解决方案，人造石墨膜具有良好的传导性、柔软性及优于铜四倍的热传导效率，让石墨膜在移动装置上被大量地使用。

高导热石墨膜在制造上是将聚酰亚胺膜经过一连串高温裂解反应与原子重新排列过程而产生纯碳元素，而这些高温处理过程被称为碳化与石墨化。碳化过程的主要功能为热裂解非碳元素，处理温度约在800～1300℃之间。石墨化的功用则是通过高温来推动碳原子，使碳原子重新排列而形成连续有序的层状结构，在过程中会扮随着发泡的现象，而形成发泡石墨层结构，其操作温度发生在2500～3000℃之间。对所得到的发泡石墨膜进行轧延处理后可获得具有柔软性的石墨膜，以适合于电子设备中的散热及电磁波遮蔽层。

卷烧工艺生产的石墨膜相较片状或叠状工艺生产的石墨膜具有可省略人工叠片流程的优点，且利于后续工艺的连续生产性，大幅降低成本。

但是，已知的卷烧式石墨膜的生产，聚酰亚胺膜成卷曲状态，在碳化过程中容易产生碳化膜脆裂或断裂，造成合格率过低。

技术实现要素：

本发明提供了一种用于卷烧式石墨化的聚酰亚胺膜及石墨膜制造方法，该聚酰亚胺膜由二胺化合物及二酐化合物反应而成，通过调整聚酰亚胺的组成使其具有适当的机械性质，使其碳化膜及石墨膜具有良好的机械强度，避免产生龟裂或断裂。

本发明的聚酰亚胺膜包括二胺及二酐，该二胺包含4，4′-二胺基二苯醚(4，4′-oxydianiline(4，4′-ODA))、对苯二胺(phenylenediamine(PDA))，二酐为均苯四甲酸二酸酐(pyromellitic dianhydride(PMDA))，其中ODA/PDA的摩尔比为80/20～50/50，与PMDA进行反应所得的聚酰亚胺膜，将该聚酰亚胺膜经过碳化热处理及石墨化热处理，而可得到良好机械强度的石墨膜。

附图说明

图1为本发明的卷烧式石墨膜制造方法的流程图；

图2为本发明的卷烧式聚酰亚胺膜的立体示意图；

图3为本发明的卷烧式聚酰亚胺膜的剖视图。

【附图标记说明】

聚酰亚胺膜 10

卷筒 12

卷筒状聚酰亚胺膜 14

具体实施方式

请参阅图1，其为本发明的用于卷烧式石墨化的聚酰亚胺膜及石墨膜的制造方法流程图，步骤一，首先制备一聚酰亚胺膜10(S1)，该聚酰亚胺膜的杨氏模数(Young’s modulus)介于330～490Kgf/mm²之间。

该聚酰亚胺膜由二胺化合物及二酐化合物反应而成，该二胺包含4，4′-二胺基二苯醚(4，4′-oxydianiline(4，4′-ODA))及对苯二胺(phenylenediamine(p～PDA))，其中ODA/PDA的摩尔比为50/50～80/20，二酐为均苯四甲酸二酸酐(pyromellitic dianhydride(PMDA))。

请配合参阅图2及图3，将聚酰亚胺膜21卷绕于一卷筒22上，以形成一卷筒状聚酰亚胺膜23(S2)。

将卷筒状聚酰亚胺膜23在减压下或氮气中加热碳化处理(S3)，其碳化处理温度为800～1300℃之间，以形成一卷筒状碳化膜。

将该卷筒状碳化膜进行加热石墨化处理(S4)，其加热温度为2500～3000℃，以形成良好机械强度的石墨膜，具有良好的外观。

以下实施例详述本发明。

实施例1

制备本发明的聚酰亚胺膜。

聚酰胺酸溶液制备

将80摩尔％的ODA与20摩尔％的PDA溶于DMAc中，与100摩尔％的PMDA进行反应，获得20％聚酰胺酸溶液。

聚酰亚胺膜制备

将所获得的聚酰胺酸溶液涂布于钢带上，并放入80℃的烘箱内加热约30分钟，以移除大部份的溶剂，而后将上述涂有第一聚酰胺酸溶液的钢带放入170～370℃的烘箱内，加热约4小时，并进行双轴拉伸，以形成38、50及75微米的聚酰亚胺膜。

碳化膜制备

将50米长的聚酰亚胺膜卷于一石墨材质制卷筒上进行碳化处理，其碳化温度约为800～1300℃，以形成一卷筒状碳化膜。

石墨膜制备

将卷筒状碳化膜进行石墨化工艺，其石墨化温度约为2800℃，以形成发泡石墨膜，再将发泡石墨膜进行延压，而制成厚度17、25、40微米的石墨膜。

实施例2

重复实施例1的步骤，只是ODA及PDA的比例为75/25摩尔比，制备38、50及75微米的聚酰亚胺膜，再制成厚度为17、25、40微米的石墨膜。

实施例3

重复实施例1的步骤，只是ODA及PDA的比例为70/30摩尔比，制备25、38、50及75微米的聚酰亚胺膜，再制成厚度为10、17、25及40微米的石墨膜。

实施例4

重复实施例1的步骤，只是ODA及PDA的比例为65/35摩尔比，制备25、38、50微米的聚酰亚胺膜，再制成厚度为10、17、25微米的石墨膜。

实施例5

重复实施例1的步骤，只是ODA及PDA的比例为60/40摩尔比，制备25及38微米的聚酰亚胺膜，再制成厚度为10及17微米的石墨膜。

实施例6

重复实施例1的步骤，只是ODA及PDA的比例为50/50摩尔比，制备25及38微米的聚酰亚胺膜，再制成厚度为10及17微米的石墨膜。

实施例7

重复实施例1的步骤，只是ODA及PDA的比例为40/60摩尔比，制备25及38微米的聚酰亚胺膜，再制成厚度为10及17微米的石墨膜。

比较例1

重复实施例1的步骤，只是ODA及PDA的比例为100/0摩尔比，制备38、50及75微米的聚酰亚胺膜，再制成厚度为17、25及40微米的石墨膜。

比较表

优：无裂痕

良：小于5处裂痕

差：大于5处裂痕或断膜

将实施例1～7与比较例1进行比较，相同38微米厚的聚酰亚胺膜制备17微米卷筒式石墨膜，其ODA/PDA摩尔比介于50/50～75/25所得的石墨模具有较佳的外观。

将实施例1～7进行比较可得知，厚度越薄的石墨膜需以较高PDA比例的聚酰亚胺膜制备方可得到较好的外观合格率。

将实施例1～7进行比较可得知，以同一配比的聚酰亚胺膜制备不同厚度的石墨膜，越薄的石墨膜具有较高的热扩散系数。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。