本发明涉及涂料技术领域，更具体地，涉及一种基于光固化石墨烯散热涂料的使用方法。
背景技术：
散热涂料作为一种新型涂料，不仅具有装饰的基本功能，同时具有提高散热效率的作用，得到广泛的关注与研究。然而，目前市面上的绝大多数散热涂料均是采用价格昂贵的传热介质作为填料，生产工艺复杂，成本较高，不利于涂料的批量化生产与规模化应用。
石墨烯是一种由碳原子按照六边形进行排布并相互连接而成的碳分子，其结构非常稳定，是目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料。石墨烯导热系数高达5000w/m·k，可以在涂料、电子、航天军工、新能源、新材料等领域得到广泛应用。因此，将石墨烯作为主要散热介质制备散热涂料成为研究热点。
现有的石墨烯散热涂料通常采用直接喷涂法，为了提高涂层的力学性能，需要加入适当热固化树脂，但是热固化树脂固化速度慢，影响其使用效果，同时，由于热固化树脂的固化温度较高，对基体材料耐高温性能的要求苛刻。另一方面，现有的石墨烯散热涂料中，由于石墨烯容易凝聚，导致其在涂料中分散不均匀，从而使得涂料的导电和导热性能不佳。为了减少石墨烯之间的凝聚，提高石墨烯在散热涂料中的稳定性，通常需要添加聚乙烯蜡、聚氯乙烯、聚乙烯吡咯烷酮等化学制剂作为分散剂或表面活性剂，添加上述分散剂虽然能在一定程度上减少石墨烯之间的凝聚，但使用化学制剂在散热过程中挥发，危害人体和环境。
技术实现要素：
本发明的目的是针对现有技术存在的问题，引入石墨烯量子点作为添加剂加入到石墨烯散热涂料中，并且将光引方法和喷涂法结合，提供一种基于光固化石墨烯散热涂料的使用方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种基于光固化石墨烯散热涂料的使用方法，包括以下步骤：
s1.制备石墨烯散热涂料：
s11.将石墨烯量子点、石墨烯、单体和溶剂在超声作用下进行混合研磨、剪切，超声功率为1000～1200w，时间为40～60min，得到复合浆体材料；
s12.向步骤s11制得的复合浆体材料中加入脲醛树脂、助剂和碳纳米管后，进行搅拌，转速为1000～1200rpm，搅拌时间为2～4h，得到石墨烯散热浆料；
s13.在步骤s12得到的石墨烯散热浆料中加入导热金属粉，充分搅拌，转速为1200～1500rpm，搅拌时间为2～3h，混合均匀后即得石墨烯散热涂料；
其中，步骤s1中，所述石墨烯散热涂料由以下重量份组分组成：石墨烯6～12份、脲醛树脂50～70份、单体20～70份、助剂25～35份、石墨烯量子点12～30份、导热金属粉2～5份、碳纳米管3～6份和溶剂12～24份；
s2.喷涂：
向步骤s1得到的石墨烯散热涂料中加入光固化剂，加入量为单体的0.1～1wt％，按设计图形喷在基板表面上，整个过程是在紫外光或激光束的氛围下进行，波长为365～405nm。
本发明步骤s1中引入石墨烯量子点作为添加剂加入到石墨烯散热涂料中，进一步地增加石墨烯的分散性，防止团聚，相比高分子表面活性剂和分散剂，不会引入新的杂质降低导电性能；步骤s2中通过光固化剂在紫外光或激光束的作用，使得有机单体化学交联或物理交联成三维网络状结构，石墨烯立即被聚合物分子或聚合物单体包裹隔离起来，有效克服了石墨烯自团聚的发生，提高导热散热性能。
本发明为了降低固化时间，喷涂过程始终在一定温度氛围下进行，从而能加速有机单体的聚合，使得喷在基体表面的石墨烯散热涂料迅速固化，当喷涂完成后即可得到完全固化的涂膜，并且由于是在一定温度氛围下，无需再烧结。
进一步地，步骤s1中所述石墨烯为少于五层的石墨烯。
进一步地，步骤s1中所述溶剂为水、二甲苯、丁酮中的任意一种。
进一步地，步骤s1中所述石墨烯量子点为各种碳源经强酸氧化法、二次氧化法、水热法或溶剂热法制备而得的；所述石墨烯量子点的尺寸为2～4nm。
进一步地，步骤s1中所述单体为n,n-亚甲基双丙烯酰。
进一步地，步骤s2中所述光固化剂为光固化剂819。
进一步地，步骤s2中所述基体为日常电子产品和航空、航天或军事领域的电子器件中任意一种。
进一步地，所述助剂由12～15份消泡剂和1～5份防氧化剂组成。
进一步地，所述消泡剂为乳化硅油、有机硅氧烷、聚氧丙烯甘油醚中任意一种。
进一步地，所述防氧化剂为抗坏血酸和亚硫酸钠中任意一种。
进一步地，所述导热金属粉为铜粉、银粉和铝粉中任意一种，粒度为5～10μm。
进一步地，所述碳纳米管的纯度≥96wt％，灰分≤0.4wt％，比表面积约为100～200m2/g。
相比现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明引入石墨烯量子点作为添加剂加入到石墨烯散热涂料中，利用石墨烯量子点在溶剂中良好的分散性，及其与石墨烯片层之间较强的非共价作用，促进石墨烯在溶剂的稳定分散，相比传统高分子表面活性剂和分散剂，不会引入新的杂质降低导热性能。同时，石墨烯量子点本身具有良好的导热性能，可以大幅度提高散热涂料的热辐射率，改善涂料的散热性能。在散热涂料中加入石墨烯量子点还能有效减少石墨烯之间的凝聚，提高石墨烯在散热涂料中的稳定性，使其在涂料中均匀分散，且在散热过程不会产生危害人体和环境的有害物质，绿色环保。
本发明在获得分散性好的石墨烯溶液的基础上，结合光引方法，在石墨烯溶液中加入单体和交联剂，通过光固化剂使得单体化学交联或物理交联成三维网络状结构，石墨烯立即被聚合物分子或聚合物单体包裹隔离起来，不仅能有效克服了石墨烯自团聚的发生，提高导电性能。
本发明采用光引方法，通过光固化剂(光引发剂)在紫外光或激光束的作用下，使得涂层快速固化，当喷涂完成后即可得到完全固化的涂层，相比热固化或者常温固化，降低了固化时间，对基体的耐高温性能无要求。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步说明本发明。除非特别说明，本发明实施例中采用的原料和方法为本领域常规市购的原料和常规使用的方法，所使用的设备为本领域常规设备。
实施例1
本实施例提供一种基于光固化石墨烯导电油墨印刷方法，包括以下步骤：
s1.制备石墨烯散热涂料：
s11.将石墨烯量子点、石墨烯、单体和溶剂在超声作用下进行混合研磨、剪切，超声功率为1000w，时间为60min，得到复合浆体材料；
s12.向步骤s11制得的复合浆体材料中加入脲醛树脂、助剂和碳纳米管后，进行搅拌，转速为1000～1200rpm，搅拌时间为2～4h，得到石墨烯散热浆料；
s13.在步骤s12得到的石墨烯散热浆料中加入导热金属粉，充分搅拌，转速为1200～1500rpm，搅拌时间为2～3h，混合均匀后即得石墨烯散热涂料；
其中，步骤s1中，所述石墨烯散热涂料由以下重量份组分组成：石墨烯6份、脲醛树脂50份、n,n-亚甲基双丙烯酰20份、石墨烯量子点12份、导热金属粉5份、碳纳米管3份、溶剂12份、消泡剂16份和防氧化剂1份；
其中，步骤s1中所述石墨烯为少于五层的石墨烯，所述石墨烯量子点为各种碳源经强酸氧化法、二次氧化法、水热法或溶剂热法制备而得的；所述石墨烯量子点的尺寸为2nm；
所述消泡剂为乳化硅油、有机硅氧烷、聚氧丙烯甘油醚中任意一种；
所述防氧化剂为抗坏血酸和亚硫酸钠中任意一种；
所述导热金属粉为铝粉，粒度为5μm；所述碳纳米管的纯度≥96wt％，灰分≤0.2wt％，比表面积为100～200m2/g。
s2.喷涂：
向步骤s1得到的石墨烯散热涂料中加入光固化剂819，加入量为单体的0.1wt％，喷在基体表面上，整个过程是在紫外光或激光束的氛围下进行，波长为365～405nm。
步骤s2中所述基体为日常电子产品和航空、航天或军事领域的电子器件中任意一种。
实施例2
本实施例提供一种基于光固化石墨烯导电油墨印刷方法，包括以下步骤：
s1.制备石墨烯散热涂料：
s11.将石墨烯量子点、石墨烯、单体和溶剂在超声作用下进行混合研磨、剪切，超声功率为1200w，时间为40min，得到复合浆体材料；
s12.向步骤s11制得的复合浆体材料中加入脲醛树脂、助剂和碳纳米管后，进行搅拌，转速为1000～1200rpm，搅拌时间为2～4h，得到石墨烯散热浆料；
s13.在步骤s12得到的石墨烯散热浆料中加入导热金属粉，充分搅拌，转速为1200～1500rpm，搅拌时间为2～3h，混合均匀后即得石墨烯散热涂料；
其中，步骤s1中，所述石墨烯散热涂料由以下重量份组分组成：石墨烯12份、脲醛树脂70份、n,n-亚甲基双丙烯酰70份、石墨烯量子点30份、导热金属粉2份、碳纳米管6份、溶剂24份、消泡剂12份和防氧化剂5份；
其中，步骤s1中所述石墨烯为少于五层的石墨烯，所述石墨烯量子点为各种碳源经强酸氧化法、二次氧化法、水热法或溶剂热法制备而得的；所述石墨烯量子点的尺寸为4nm；
所述消泡剂为乳化硅油、有机硅氧烷、聚氧丙烯甘油醚中任意一种；
所述防氧化剂为抗坏血酸和亚硫酸钠中任意一种；
所述导热金属粉为银粉，粒度为10μm；所述碳纳米管的纯度≥96wt％，灰分≤0.2wt％，比表面积为100～200m2/g。
s2.喷涂：
向步骤s1得到的石墨烯散热涂料中加入光固化剂819，加入量为单体的1wt％，喷在基体表面上，整个过程是在紫外光或激光束的氛围下进行，波长为365～405nm。
步骤s2中所述基体为日常电子产品和航空、航天或军事领域的电子器件中任意一种。
实施例3
本实施例提供一种基于光固化石墨烯导电油墨印刷方法，包括以下步骤：
s1.制备石墨烯散热涂料：
s11.将石墨烯量子点、石墨烯、单体和溶剂在超声作用下进行混合研磨、剪切，超声功率为1100w，时间为50min，得到复合浆体材料；
s12.向步骤s11制得的复合浆体材料中加入脲醛树脂、助剂和碳纳米管后，进行搅拌，转速为1000～1200rpm，搅拌时间为2～4h，得到石墨烯散热浆料；
s13.在步骤s12得到的石墨烯散热浆料中加入导热金属粉，充分搅拌，转速为1200～1500rpm，搅拌时间为2～3h，混合均匀后即得石墨烯散热涂料；
其中，步骤s1中，所述石墨烯散热涂料由以下重量份组分组成：石墨烯8份、脲醛树脂60份、n,n-亚甲基双丙烯酰60份、石墨烯量子点18份、导热金属粉4份、碳纳米管4份、溶剂18份、消泡剂15份和防氧化剂4份；
其中，步骤s1中所述石墨烯为少于五层的石墨烯，所述石墨烯量子点为各种碳源经强酸氧化法、二次氧化法、水热法或溶剂热法制备而得的；所述石墨烯量子点的尺寸为3nm；
所述消泡剂为乳化硅油、有机硅氧烷、聚氧丙烯甘油醚中任意一种；
所述防氧化剂为抗坏血酸和亚硫酸钠中任意一种；
所述导热金属粉为银粉，粒度为6μm；所述碳纳米管的纯度≥96wt％，灰分≤0.2wt％，比表面积为100～200m2/g。
s2.喷涂：
向步骤s1得到的石墨烯散热涂料中加入光固化剂819，加入量为单体的0.5wt％，喷在基体表面上，整个过程是在紫外光或激光束的氛围下进行，波长为365～405nm。
步骤s2中所述基体为日常电子产品和航空、航天或军事领域的电子器件中任意一种。
实施例4
本实施例提供一种基于光固化石墨烯导电油墨印刷方法，包括以下步骤：
s1.制备石墨烯散热涂料：
s11.将石墨烯量子点、石墨烯、单体和溶剂在超声作用下进行混合研磨、剪切，超声功率为1100w，时间为50min，得到复合浆体材料；
s12.向步骤s11制得的复合浆体材料中加入脲醛树脂、助剂和碳纳米管后，进行搅拌，转速为1000～1200rpm，搅拌时间为2～4h，得到石墨烯散热浆料；
s13.在步骤s12得到的石墨烯散热浆料中加入导热金属粉，充分搅拌，转速为1200～1500rpm，搅拌时间为2～3h，混合均匀后即得石墨烯散热涂料；
其中，步骤s1中，所述石墨烯散热涂料由以下重量份组分组成：石墨烯9份、脲醛树脂65份、n,n-亚甲基双丙烯酰40份、石墨烯量子点24份、导热金属粉3份、碳纳米管5份、溶剂20份、消泡剂15份和防氧化剂3份；
其中，步骤s1中所述石墨烯为少于五层的石墨烯，所述石墨烯量子点为各种碳源经强酸氧化法、二次氧化法、水热法或溶剂热法制备而得的；所述石墨烯量子点的尺寸为3nm；
所述消泡剂为乳化硅油、有机硅氧烷、聚氧丙烯甘油醚中任意一种；
所述防氧化剂为抗坏血酸和亚硫酸钠中任意一种；
所述导热金属粉为银粉，粒度为8μm；所述碳纳米管的纯度≥96wt％，灰分≤0.2wt％，比表面积为100～200m2/g。
s2.喷涂：
向步骤s1得到的石墨烯散热涂料中加入光固化剂819，加入量为单体的0.8wt％，喷在基体表面上，整个过程是在紫外光或激光束的氛围下进行，波长为365～405nm。
步骤s2中所述基体为日常电子产品和航空、航天或军事领域的电子器件中任意一种。
对比例1
本对比例与实施例4基本相同，不同之处在于，步骤s1中不添加石墨烯量子点。
对比例2
本对比例与实施例4基本相同，不同之处在于，步骤s1中不添加单体，相应地步骤s2中不添加光固化剂819，具体包括以下步骤：
s1.制备石墨烯散热涂料：
s11.将石墨烯量子点、石墨烯和溶剂在超声作用下进行混合研磨、剪切，超声功率为1100w，时间为50min，得到复合浆体材料；
s12.向步骤s11制得的复合浆体材料中加入脲醛树脂、助剂和碳纳米管后，进行搅拌，转速为1000～1200rpm，搅拌时间为2～4h，得到石墨烯散热浆料；
s13.在步骤s12得到的石墨烯散热浆料中加入导热金属粉，充分搅拌，转速为1200～1500rpm，搅拌时间为2～3h，混合均匀后即得石墨烯散热涂料；
其中，步骤s1中，所述石墨烯散热涂料由以下重量份组分组成：石墨烯9份、脲醛树脂65份、石墨烯量子点24份、导热金属粉3份、碳纳米管5份、溶剂20份、消泡剂15份和防氧化剂3份；
其中，步骤s1中所述石墨烯为少于五层的石墨烯，所述石墨烯量子点为各种碳源经强酸氧化法、二次氧化法、水热法或溶剂热法制备而得的；所述石墨烯量子点的尺寸为3nm；
所述消泡剂为乳化硅油、有机硅氧烷、聚氧丙烯甘油醚中任意一种；
所述防氧化剂为抗坏血酸和亚硫酸钠中任意一种；
所述导热金属粉为银粉，粒度为8μm；所述碳纳米管的纯度≥96wt％，灰分≤0.2wt％，比表面积为100～200m2/g。
s2.喷涂：
将步骤s1得到的石墨烯散热涂料喷在基体表面上，常温下进行固化。
其中，步骤s1中所述石墨烯为少于五层的石墨烯，所述石墨烯量子点为各种碳源经强酸氧化法、二次氧化法、水热法或溶剂热法制备而得的。
步骤s2中所述基体为日常电子产品和航空、航天或军事领域的电子器件中任意一种。
本对比例在常温中固化平均时间为60～180min，对基体耐热性要求很高，同时石墨烯在散热涂料固化的过程中，会发生自团聚，从而降低导热性能。
性能测试与表征
对实施例1～4以及对比例1～3的基于光固化石墨烯散热涂料的使用方法的热导率、附着力、柔韧性和硬度等性能进行检测，其中，热导率参照gb/t3651-2008进行检测，附着力参照gb/t9286-98采用百格测试仪进行检测，参照gb/t1731-79进行检测，硬度参照gb/t6739-1996，具体检测结果见表1。
表1
本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺步骤，本领域技术人员应该了解，本发明不受上述实施例限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。