专利名称：一种高导热相变复合材料及其制备工艺的制作方法
技术领域：
本发明属于一种相变复合材料及其制备工艺，尤其是涉及一种高导热相变复合材料及其制备工艺。
背景技术：
相变储能材料通过材料发生相变时吸收或释放大量热量，实现能量的存储和利用，可有效解决供求在时间和空间上不匹配的矛盾。相变储能技术被广泛应用于具有间断性或不稳定性的热管理领域，如航空航天大功率组件的热管理、周期性间歇式工作电子期间的散热、太阳能利用、工业废热余热的回收利用、节能建筑等领域。相变微胶囊是应用微胶囊技术在固-液相变材料微粒表面包覆一层性能稳定的高分子膜而构成的具有核壳结构的新型相变复合材料，它的囊壁材料为不溶不熔的聚合物，嚢芯即相变物质为结晶水合盐、石蜡、直链烷烃、聚乙二醇等。在相变微胶囊中发生相变的物质被封闭在球形胶囊中，从而可有效解决相变材料的泄漏、相分离以及腐蚀性等问题，有利于改善相变材料的应用性能，并可拓宽相变蓄热技术的应用领域。相变微胶囊的应用主要可以分为两个方向:一是利用其相变时的潜热，把它与传热流体混合，提高传热流体的热容，用于热量传输、冷却剂等；二是利用其相变温控特性，将其应用于纺织品、建筑物、标伪装隐身等，提高热防护性或者调节温度。关于相变微胶囊、导热增强剂与聚合物复合而成的聚合物基定形相变复合材料的研究不多。李建立等人以木粉/高密度聚乙烯复合体系为基体，在其他添加不同含量的相变微胶囊、导热增强剂、界面改性剂及其它助剂，模压成型。虽然加入了鳞片石墨导热增强剂，但是它对热导率提高的贡献并不大。当鳞片石墨的含量为8.8%时，热导率却仅仅提高了 17.7%。
发明内容
针对目前现有技术的不足和缺陷，本发明的目的是提供一种导热率高，相变时无液体溢出的定形高导热相变复合材料及其制备方法。相变微胶囊具有较高的潜热值，高密度聚乙烯是一种良好的粘结剂，与相变微胶囊、膨胀石墨良好的粘结性和相容性，而且对相变微胶囊的结构无破坏作用。膨胀石墨具有较高的热导率和比表面积，能在湿法球磨工艺中与高密度聚乙烯，相变微胶囊混合很均匀。相变微胶囊、高密度聚乙烯与膨胀石墨按照一定的质量比置于球磨罐中，采用湿法球磨工艺混合均匀，真空干燥后热压成型。本发明的技术方案如下
本发明高导热相变复合材料的原料配方质量比为:膨胀石墨为5-20%，高密度聚乙烯为30%-40%，相变微胶囊为40-65%。所采用的膨胀石墨以天然鳞片石墨作为原料、高氯酸作为插层剂、浓硝酸作为助齐IJ，采用酸化、水洗、分离、干燥、膨化等工艺加工而成。具体的制备方法见文献(魏兴海，刘朗，张金喜，等.HC104-GIC的制备及其柔性石墨的性能.新型炭材料.2007，22，342-348.)。高密度聚乙烯采用北京利是行商贸公司生产的1789型，粉末状。如上所述的相变微胶囊选用美国microtek laboratories, inc.生产的MPCM 37D,粉末状。本发明所提出的高导热相变复合材料的制备工艺为:
(1)膨胀石墨经高速捏合机粉碎后形成膨胀石墨粉末状，粒径范围为50-500微米；
(2)膨胀石墨粉末、粉末状高密度聚乙烯、粉末状相变微胶囊进行按原料配方配料；
(3)将配好的混合物装入球磨机中，加入无水乙醇，进行湿法球磨，时间为150-300min，球磨后混合物的粒径为5-200微米；
(4)球磨混匀后的混合物进行真空干燥，形成干燥混合粉体；
(5)将混合粉体装入模压成型模具中，热压成型，成型温度为100-150°C，成型压力为10-30MPa，保温保压时间为100-150min，得到高导热相变复合材料。如上所述的高速捏合机的型号为GH-10DY，生产厂家北京英特塑料机械总厂。如上所述的球磨机选用南京大学仪器厂生产的QM-BP行星球磨机，湿法球磨工艺没有破坏相变微胶囊的结构。
本发明因为所采用的相变微胶囊的囊壁为三聚氰胺-甲醛树脂，成型温度100-150°C不会破坏相变微胶囊的结构。
本发明所述一种高导热相变复合材料及其制备工艺，其所制备的复合材料的常温热导率为0.9-10W/m K。该复合材料可用作电子元件的冷却。本发明与现有技术相比具有如下优点:
1.本项发明以相变微胶囊为相变物质与无相变微胶囊的相变复合材料相比，具有相变时无液体溢出优点；
2.本项发明采用湿法球磨工艺与采用高速捏合机混合工艺相比，具有混合更均匀优
占.3.本项发明采用膨胀石墨作为导热增强剂与采用鳞片石墨作为导热增强剂相比较具有导热增强效果更明显优点；
4.本项发明采用热压成型工艺，具有可加工型优点。
具体实施例方式实施例1:具体制备过程如下:
(I)膨胀石墨以天然鳞片石墨作为原料、高氯酸作为插层剂、浓硝酸作为助剂，采用酸化、水洗、分离、干燥、膨化等工艺加工而成。其中天然鳞片石墨、高氯酸、浓硝酸加入的质量比为1:4:0.2。于常温下酸化10小时，用纯净水水洗，然后离心分离10分钟，多次水洗和离心分离，直到中性。然后在100°C下真空干燥I小时。真空干燥后的样品置于900°C的马弗炉内膨化。(2)经高速捏合机粉碎后形成膨胀石墨粉末状，粒径范围为200-500微米；此过程所采用的高速捏合机的型号为GH-10DY，生产厂家北京英特塑料机械总厂；
(3)膨胀石墨粉末、粉末状高密度聚乙烯、粉末状相变微胶囊进行按照质量比5:40:55进行配料；所采用的高密度聚乙烯采用北京利是行商贸公司生产的1789型，粉末状。相变微胶囊选用美国microtek laboratories, inc.生产的MPCM 37 D,粉末状；
(4)将配好的混合物装入球磨机中，加入无水乙醇，进行湿法球磨，时间为150min，球磨后混合物的粒径为50-150微米；此过程所用的球磨机选用南京大学仪器厂生产的QM-BP行星球磨机；
(5)球磨混匀后的混合物进行真空干燥，形成干燥混合粉体；
(6)将混合粉体装入模压成型模具中，热压成型，成型温度为110°C，成型压力为20MPa，保温保压时间为lOOmin，得到高导热相变复合材料。所制备的复合材料性能如下:
密度:0.87g/cm3 ;热导率:0.94ff/m K。实施例2:具体制备过程如下:
(1)，⑵和(5)同实施例1 ;
(3)膨胀石墨粉末、粉末状高密度聚乙烯、粉末状相变微胶囊进行按照质量比10:40:50进行配料；所选用样品同实施例1 ;
(4)将配好的混合物装入球磨机中，加入无水乙醇，进行湿法球磨，时间为180min，球磨后混合物的粒径为50-200微米；选用球磨机同实施例1 ;
(6)将混合粉体装入模压成型模具中，热压成型，成型温度为100°C，成型压力为15MPa，保温保压时间为130min，得到高导热相变复合材料。所制备的复合材料 性能如下:
密度:0.92g/cm3 ;热导率:4.59ff/m K。实施例3:具体制备过程如下:
(1)，⑵和(5)同实施例1 ;
(3)膨胀石墨粉末、粉末状高密度聚乙烯、粉末状相变微胶囊进行按照质量比15:40:45进行配料；所选用样品同实施例1 ;
(4)将配好的混合物装入球磨机中，加入无水乙醇，进行湿法球磨，时间为200min，球磨后混合物的粒径为80-220微米；选用球磨机同实施例1 ;
(6)将混合粉体装入模压成型模具中，热压成型，成型温度为120°C，成型压力为25MPa，保温保压时间为140min，得到高导热相变复合材料。所制备的复合材料性能如下:
密度:1.02g/cm3 ;热导率:6.01ff/m K。实施例4:
(1)，⑵和(5)同实施例1 ;
(3)膨胀石墨粉末、粉末状高密度聚乙烯、粉末状相变微胶囊进行按照质量比20:35:45进行配料；所选用样品同实施例1 ;
(4)将配好的混合物装入球磨机中，加入无水乙醇，进行湿法球磨，时间为180min，球磨后混合物的粒径为90-250微米；选用球磨机同实施例1 ;
(6)将混合粉体装入模压成型模具中，热压成型，成型温度为110°C，成型压力为30MPa，保温保压时间为120min，得到高导热相变复合材料。所制备的复合材料性能如下:
密度:1.0g/cm3 ;热导率:9.9ff/m K。
权利要求
1.一种高导热相变复合材料，其特征在于高导热相变复合材料的原料配方质量比为:膨胀石墨为5-20%，高密度聚乙烯为30%-40%，相变微胶囊为40-65%。
2.如权利要求1所述的一种高导热相变复合材料，其特征在于所述的膨胀石墨以天然鳞片石墨作为原料、高氯酸作为插层剂、浓硝酸作为助剂，采用酸化、水洗、分离、干燥、膨化等工艺加工而成。
3.如权利要求1所述的一种高导热相变复合材料，其特征在于所述的高密度聚乙烯采用北京利是行商贸公司生产的1789型，粉末状。
4.如权利要求1所述的一种高导热相变复合材料，其特征在于所述的相变微胶囊选用美国 microtek laboratories, inc.生产的 MPCM 37 D,粉末状。
5.如权利要求1一 4任一项所述的一种高导热相变复合材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤: (1)膨胀石墨经高速捏合机粉碎后形成膨胀石墨粉末状，粒径范围为50-500微米； (2)膨胀石墨粉末、粉末状高密度聚乙烯、粉末状相变微胶囊进行按原料配方配料； (3)将配好的混合物装入球磨机中，加入无水乙醇，进行湿法球磨，时间为150-300min，球磨后混合物的粒径为5-200微米； (4)球磨混匀后的混合物进行真空干燥，形成干燥混合粉体； (5)将混合粉体装入模压成型模具中，热压成型，成型温度为100-150°C，成型压力为10-30MPa，保温保压时间为100-150min，得到高导热 相变复合材料。
6.如权利要求5所述的一种高导热相变复合材料的制备方法，其特征在于所述的高速捏合机的型号为GH-10DY，生产厂家北京英特塑料机械总厂。
7.如权利要求5所述的一种高导热相变复合材料的制备方法，其特征在于所述的球磨机选用南京大学仪器厂生产的QM-BP行星球磨机。
全文摘要
一种高导热相变复合材料的原料配方质量比为膨胀石墨为5-20%，高密度聚乙烯为30%-40%，相变微胶囊为40-65%。本发明具有导热率高，相变时无液体溢出的优点。
文档编号C08K3/04GK103183862SQ20131009349
公开日2013年7月3日 申请日期2013年3月22日 优先权日2013年3月22日
发明者郭全贵, 汪向磊 申请人:中国科学院山西煤炭化学研究所