1.本发明涉及石墨烯材料技术领域，具体涉及石墨烯纤维及其制备方法、石墨烯纤维增强导热垫片及其制备方法。
背景技术：2.将石墨烯作为导热增强体，与弹性高分子聚合物相结合，可以制成具有高导热性能的石墨烯纤维增强的导热垫片。在现有技术中，一般将石墨烯制成导热微片粉末，将其沿着纵向进行高度排列，制成纵向高导热垫片，如文献cn113321933a、cn113334731a、cn113337253a、cn113560146a、cn113789590a；或着直接采用石墨烯导热膜层层堆叠，使之沿着纵向进行排列，获得纵向高导热的石墨烯纤维增强的导热垫片，如文献cn113183544a、cn113290958a、cn113556925a。
3.对于第一类方法，由于将石墨烯制成了粉末，不具有连续化结构，导热垫片内部粉末与粉末之间的热传导阻力很大，导致宏观上垫片的导热性能相对较低。高导热石墨烯粉末的导热系数一般为1000w/(m k)以上，若同时满足导热垫片导热性能、热阻性能、压缩性能、压缩回弹性能等要求，其填充量难以超过50wt.％，所得导热垫片一般不超过20w/(m k)。若一味地增加填充量以提升导热性能，则会导致垫片容易开裂，其表面也会产生大量掉粉现象。
4.对于二类方法，虽然形成了石墨烯连续的结构，但是由于石墨烯导热膜的阻隔，层与层之间的高分子聚合物难以形成相连，再加上石墨烯导热膜本身容易分层的缘故，造成所得垫片易出现开裂的现象。虽然可以在石墨烯导热膜上设置贯穿孔，但只能增加一些连接点，不能使高分子之间形成完全的连续结构，不能从根本上解决所得导热垫片的开裂问题。此外，整片石墨烯导热膜与高分子聚合物结合，在受压及回弹时，石墨烯导热膜难以与高分子聚合物保持步调一致，容易导致内部开裂的现象。
5.其实，从导热垫片的应用要求上来分析，在纵向上能够获得高导热性能，并保证在受压回弹时垫片的结构稳定，是至关重要的。
技术实现要素：6.针对现有技术存在问题中的一个或多个，本发明提供一种石墨烯纤维制备方法，包括：
7.在石墨烯导热膜开槽，形成多根石墨烯纤维。
8.可选地，所述在石墨烯导热膜上开槽的步骤包括：
9.在石墨烯膜上阵列开槽，形成多根石墨烯纤维。
10.可选地，所述多根石墨烯纤维平行排列。
11.可选地，多根石墨烯纤维至少一端相连。
12.可选地，多根石墨烯纤维两端均相连，优选地，多根石墨烯纤维两端均平行相连。
13.可选地，所述在石墨烯导热膜上开槽的方式为冲切开槽、激光开槽或化学刻蚀。
14.可选地，通过控制槽的宽度以及槽的中心距，控制石墨烯纤维宽度及相邻石墨烯纤维的间距。
15.可选地，槽的宽度0.05-3mm，优选为0.1-0.5。
16.可选地，相邻槽的中心距0.1-6mm，优选为0.2-1mm。
17.可选地，所述石墨烯导热膜的制备方法包括：
18.利用氧化石墨烯浆料通过涂布、干燥、热处理、压延获得；或/和
19.利用高分子薄膜经过碳化、石墨化、压延获得；或/和
20.利用膨胀石墨直接压延获得。
21.可选地，所述高分子薄膜选自聚酰亚胺薄膜、锦纶薄膜、聚酰胺、聚苯并噁唑、聚苯并双噁唑、聚噁二唑、聚噻唑、聚苯并双噻唑、聚苯并噻唑、聚苯并咪唑或聚苯并双咪唑或聚对亚苯基亚乙烯基中的至少一种。
22.根据本发明的另一个方面，提供一种石墨烯纤维，利用上述述制备方法制备。
23.可选地，所述石墨烯纤维的厚度为1-200微米，优选地，所述石墨烯纤维的厚度为10-50微米；或/和
24.所述石墨烯纤维密度为1.0-2.2g/cm3，优选为1.5-2.2g/cm3。
25.根据本发明的第三方面，提供一种石墨烯纤维增强的导热垫片的制备方法，包括：
26.制备成排的石墨烯纤维；
27.利用高分子聚合物将成排的石墨烯纤维粘接成块；
28.固化成型，获得导热块；
29.切割导热块，获得石墨烯纤维增强的导热垫片，优选地，沿着与纵向呈45
°‑
135
°
方向进行切割，进一步优选地，沿着与纵向呈90
°
的方向进行切割。
30.可选地，所所述利用高分子聚合物将成排的石墨烯纤维粘接成块的步骤中，利用高分子聚合物将多层成排的石墨烯纤维层层粘接堆叠成块，优选地，相邻两层的成排石墨烯纤维是完全对应，不对应或不完全对应；或/和
31.所述固化成型，获得导热块步骤中，所述固化的方式采用常压固化或加压固化，优选地，所述固化的方式采用加压固化；优选地，在固化过程中，通过压缩率控制加压，进一步优选地，压缩率为5-50％，更进一步优选为15-20％；优选地，所述固化的温度为40-150℃或常温；或/和
32.所述切割导热块，获得石墨烯纤维增强的导热垫片的步骤中，沿着堆叠方向进行切割，获得石墨烯纤维增强的导热垫片。
33.可选地，所述利用高分子聚合物将成排的石墨烯纤维粘接成块的步骤中，利用高分子聚合物将成排石墨烯纤维粘接卷成块体；或/和
34.所述固化成型，获得导热块步骤中，所述固化的方式采用常压固化或加压固化，加压固化时选择一个方向或多个方向进行加压，优选地，所述固化的方式采用常压固化；优选地，在固化过程中，通过压缩率控制加压，进一步优选地，压缩率为5-50％，更进一步优选为15-20％；优选地，所述固化的温度为40-150℃或常温。
35.可选地，所述切割导热块，获得石墨烯纤维增强的导热垫片的步骤之前还包括：切除成排的石墨烯纤维的相连端。
36.可选地，还包括对石墨烯纤维增强的导热垫片进行表面处理的步骤，所述表面处
理包括打磨或/和抛光。
37.根据本发明的第四方面，提供一种石墨烯纤维增强的导热垫片，包括石墨烯纤维和高分析聚合物，所述石墨烯纤维纵向排列。
38.可选地，所述石墨烯纤维的含量为15-70wt.％，优选为30-60wt.％。
39.可选地，所述高分子聚合物采用环氧树脂、酚醛树脂、糠醛树脂、聚氨酯、丙烯酸树脂、聚丁烯、有机硅胶。
40.可选地，所述高分子聚合物采用有机硅胶。
41.可选地，所述高分子聚合物采用聚二甲基环硅氧烷、聚二甲基硅氧烷、α,ω-二羟基聚二甲基硅氧烷、聚二苯基硅氧烷、α,ω-二羟基聚甲基(3,3,3-三氟丙基)硅氧烷、氰基硅氧基硅烷和α,ω-二乙基聚二甲基硅氧烷中至少一种。
42.可选地，所述的高分子聚合物中包含其他导热填料，所述其他导热填料为石墨烯粉、石墨粉、氮化硼粉、氧化铝、氮化铝或碳化硅中的至少一种。
43.可选地，所述其他导热填料在高分子聚合物中占比为5wt.％-50wt.％，优选为10wt.％-30wt.％。
44.本发明石墨烯纤维制备方法简单，制备的多根石墨烯纤维具有高定向性，石墨烯纤维在所得导热垫片中，不仅结合性好，而且在受压及回弹时，可以与高分子聚合物保持步调一致，可以承受高压缩率而不会开裂。
45.本发明设置成成排石墨烯纤维，并通过层层堆叠的方式或卷成型的方式，可以保证石墨烯纤维以一定的方式均匀排列，所得石墨烯纤维增强的导热垫片中的石墨烯纤维分布均匀，导热一致性高；
46.本发明所述石墨烯纤维增强的导热垫片几乎沿着纵向进行热传导，从而避免热量沿着横向传导造成热积累。
附图说明
47.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
48.图1a-图1d为不同相连位置的本发明所述成排石墨烯纤维的示意图；
49.图2为本发明所述石墨烯纤维增强导热垫片一个实施例的示意图；
50.图3为本发明所述石墨烯纤维增强导热垫片另一个实施例的示意图；
51.图4为本发明所述石墨烯纤维增强导热垫片的制备方法的一个实施例的示意图；
52.图5a-图5d为本发明所述不同相连位置的成排石墨烯纤维在图4的实施例中形成的导热块的示意图；
53.图6为本发明所述石墨烯纤维增强导热垫片的制备方法的另一个实施例的示意图；
54.图7a-图7d为本发明所述不同相连位置的成排石墨烯纤维在图4的实施例中形成的导热块的示意图。
具体实施方式
55.在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的
那样，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。
56.下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
57.以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
58.图1a-图1d为不同相连位置的本发明所述成排石墨烯纤维的示意图，如图1a-1d所示，所述成排石墨烯纤维至少一端相连，可以是一端(如图1b)或两端相连(如图1a)，也可以是中间相连(如图1d)，还可以是一端与中间相连或两端与中间相连(如图1c)，如果石墨烯纤维没有相连，容易散乱，在制备产品时，高分子聚合物中定向性受到很大的影响，增加制备过程的复杂性，所得产品的导热性能必然收到影响。
59.在一个实施例中，上述成排石墨烯纤维中的多根石墨烯纤维平行排列。
60.在一个实施例中，所述石墨烯纤维的厚度为1-200微米，厚度低于1微米，太薄容易破损；厚度高于200微米，纤维太硬，在受压时容易与高分子聚合物分离，造成开裂。
61.优选地，所述石墨烯纤维的厚度为10-50微米。
62.在一个实施例中，所述石墨烯纤维密度为1.0-2.2g/cm3，优选为1.5-2.2g/cm3，石墨的理论密度2.26g/cm3，密度2.2g/cm3已经接近理论值，如果在进一步致密化，则相关设备会遭到损毁；密度低于1.0g/cm3，成排石墨烯纤维导热性能较差。
63.上述成排石墨烯纤维的制备方法包括：在石墨烯导热膜开槽，形成多根石墨烯纤维。
64.在一个实施例中，在石墨烯膜上阵列开槽，形成多根石墨烯纤维。
65.优选地，所述多根石墨烯纤维平行排列。
66.优选地，多根石墨烯纤维至少一端相连。
67.优选地，多根石墨烯纤维两端均相连，进一步优选地，多根石墨烯纤维两端均平行相连。
68.在一个实施例中，所述在石墨烯导热膜上开槽的方式为冲切开槽、激光开槽或化学刻蚀。
69.在一个实施例中，石墨烯纤维的制备方法还包括：通过控制槽的宽度以及槽的中心距，控制石墨烯纤维宽度及相邻石墨烯纤维的间距。
70.优选地，槽的宽度0.05-3mm，槽的宽度小于0.05mm，一则不易实现，二则不利于与高分子结合；宽度大于3mm，则石墨烯纤维过于稀疏，单位面积/体积导热通道过少，严重影响导热性能，进一步优选为0.1-0.5。
71.优选地，相邻槽的中心距0.1-6mm，中心距配合槽宽，用来控制纤维的宽度和间距，中心距小于0.1mm，纤维的宽度太小，容易断裂，中心距大于6mm，纤维的宽度太大，不易与高分子粘接成型，因为石墨烯会容易分层，进一步优选为0.2-1mm。
72.在一个实施例中，所述石墨烯导热膜的制备方法包括：
73.利用氧化石墨烯浆料通过涂布、干燥、热处理、压延获得。
74.在一个实施例中，所述石墨烯导热膜的制备方法包括：
75.利用高分子薄膜经过碳化、石墨化、压延获得。
76.优选地，所述高分子薄膜选自聚酰亚胺薄膜、锦纶薄膜、聚酰胺、聚苯并噁唑、聚苯并双噁唑、聚噁二唑、聚噻唑、聚苯并双噻唑、聚苯并噻唑、聚苯并咪唑或聚苯并双咪唑或聚对亚苯基亚乙烯基中的至少一种。
77.在一个实施例中，所述石墨烯导热膜的制备方法包括：
78.利用膨胀石墨直接压延获得。
79.上面给出了三个获得石墨烯导热膜的不同制备方法的实施例，但是本发明并不限于烯，可以是上述三种制备方法的任意结合。
80.图2是本发明所述石墨烯纤维增强的导热垫片的一个实施例的示意图，图3是本发明所述石墨烯纤维增强的导热垫片的另一个实施例的示意图，如图2和3所示，所述导热垫片包括石墨烯纤维和高分析聚合物，所述石墨烯纤维纵向排列。
81.作为导热垫片产品，其导热性能主要体现在纵向上，而石墨烯纤维作为一维材料，需要将其沿着纵向进行高程度定向排列，才能获得该方向上的高导热性能。
82.在一个实施例中，所述石墨烯纤维的含量为15-70wt.％，含量低于15wt.％，导热性能较低；含量高于70wt.％，则高分子聚合物含量不足导致垫片样品容易开裂。
83.优选地，所述石墨烯纤维的含量为为30-60wt.％。
84.在一个实施例中，所述高分子聚合物采用环氧树脂、酚醛树脂、糠醛树脂、聚氨酯、丙烯酸树脂、聚丁烯、有机硅胶。
85.在一个实施例中，所述高分子聚合物采用有机硅胶。
86.在一个实施例中，所述高分子聚合物采用聚二甲基环硅氧烷、聚二甲基硅氧烷、α,ω-二羟基聚二甲基硅氧烷、聚二苯基硅氧烷、α,ω-二羟基聚甲基(3,3,3-三氟丙基)硅氧烷、氰基硅氧基硅烷和α,ω-二乙基聚二甲基硅氧烷中至少一种。
87.所述高分子聚合物采用有机硅胶，一则是其耐高温、低温的性能优异，普遍可以承受-50-150℃，部分可以承受更低温度或更高温度，二则是其具有良好的压缩性能与压缩回弹性，比较适合用于制备导热垫片。其他类型的高分子聚合物耐温性和压缩性不如有机硅胶，但粘接强度、硬度更为优秀，适用于制备力学强度要求较高、材质较硬的场合。
88.在一个实施例中，所述的高分子聚合物中包含其他导热填料，进一步增加导热性能，所述其他导热填料为石墨烯粉、石墨粉、氮化硼粉、氧化铝、氮化铝或碳化硅中的至少一种，例如，其他填料在有机硅胶中可以有效增加硅胶与石墨烯之间的粘接性，结合效果会更好。
89.优选地，所述其他导热填料在高分子聚合物中占比为5wt.％-50wt.％，优选为10wt.％-30wt.％，占比若低于5wt.％，则其效果与没有其他导热填料时相当；若占比大于50wt.％，则会影响高分子聚合物与石墨烯纤维的结合力。
90.在一个实施例中，所述导热垫片不包括成排的石墨烯纤维相连端形成的导热垫片。
91.本发明所述导热垫片采用成排石墨烯纤维作为导热垫片的增强体；成排的石墨烯纤维至少在一端相连，石墨烯纤维可以有序排列不散乱，直接堆叠即可实现石墨烯纤维高程度定向；采用一端相连成排石墨烯纤维，利用其空间的阵列性的排列特点，充分保证了石
墨烯纤维在最终样品中的均匀分布；将石墨烯导热膜在二维平面内的高传热性能，转换为沿着一维方向的高传热性能。
92.上述石墨烯纤维增强的导热垫片的制备方法包括：
93.制备成排的石墨烯纤维；
94.利用高分子聚合物将成排的石墨烯纤维粘接成块；
95.固化成型，获得导热块；
96.切割导热块，获得石墨烯纤维增强的导热垫片。
97.优选地，沿着与纵向呈45
°‑
135
°
方向进行切割，优选为60
°‑
120
°
，也就是说，石墨烯纤维与横向的夹角范围为45
°‑
135
°
，优选为60
°‑
120
°
，切割时，可以控制切割角度，实现石墨烯纤维与横向之间形成的角度；当该角度低于45
°
或高于135
°
时，则已经不是沿着纵向进行排列了，而更多的是沿着横向进行排列，所得石墨烯纤维增强的导热垫片，在纵向上的导热系数显著降低，进一步优选地，沿着与纵向呈90
°
的方向进行切割。
98.本发明石墨烯纤维在所得导热垫片中，沿着纵向进行排列，同时可以获得几乎100％的90
°
垂直排列程度，并通过切割角度的调整，可以实现石墨烯纤维与平面的夹角从45
°‑
135
°
的调控。
99.图4是本发明所述石墨烯纤维增强的导热垫片的制备方法的一个实施例的示意图，如图4所示，所述制备方法包括：
100.步骤s11，制备成排的石墨烯纤维；
101.步骤s12，利用高分子聚合物将多层成排的石墨烯纤维层层粘接堆叠成块，固化成型，获得导热块，图5a是一端相连的多层成排的石墨烯纤维形成的导热块，图5b是两端相连的多层成排的石墨烯纤维形成的导热块，图5c是两端和中间相连的多层成排的石墨烯纤维形成的导热块，图5d是中间相连的多层成排的石墨烯纤维形成的导热块；
102.步骤s13，切割导热块，获得石墨烯纤维增强的导热垫片。
103.上述制备方法中如果不是采用纤维状结构的成排的石墨烯纤维，而是采用整体石墨烯导热膜，则在粘接堆叠时，上下层的高分子聚合物之间不能连接一个整体，而石墨烯导热膜内部容易分层，会导致所得石墨烯纤维增强的导热垫片开裂；同时，石墨烯导热膜在受压时，与高分子聚合物在压缩、回弹等方面的差距很大，进一步加剧所得石墨烯纤维增强的导热垫片的开裂。
104.在一个实施例中，步骤s13之前还包括：切除成排的石墨烯纤维相连端。
105.在制成的石墨烯纤维增强的导热垫片中，成排石墨烯纤维相连之处将会被切除，最终，石墨烯将均匀分散在垫片中；这是因为相连之处不仅会使垫片在应用受压时，内部受力不均，导致形变及回弹不稳定，而且会引起热量在横向上的传导，从而影响垫片纵向热传导的效果，造成热量的积聚，不利于导热垫片的散热效果。
106.优选地，在固化成型之前，切除成排的石墨烯纤维相连端。
107.在一个实施例中，步骤s11中，采用中间不相连的成排的石墨烯纤维，如果成排的石墨烯纤维在中间也有数个部位相连，虽然可以方便石墨烯纤维增强的导热垫片的制备，但由于需要去除相连之处，必然导致垫片的损耗变大。
108.在一个实施例中，步骤s12中，所述固化的方式采用常压固化或加压固化。
109.优选地，所述固化的方式采用加压固化，在堆叠方向上进行加压，实现成排石墨烯
层与层之间紧密结合。
110.优选地，在固化过程中，通过压缩率控制加压，进一步优选地，压缩率为5-50％，压缩率低于5％则结合程度不够，样品容易开裂，对于压缩率高于50％的情况，则压缩率过大，均容易导致样品被压裂，更进一步优选为15-20％。
111.优选地，所述固化的温度为40-150℃或常温，固化温度过高，则固化太快，造成内部开裂。
112.在一个实施例中，步骤s13中，沿着堆叠方向进行切割，获得石墨烯纤维增强的导热垫片。
113.在一个实施例中，步骤s12中，相邻两层的成排石墨烯纤维是完全对应，不对应或不完全对应。
114.在一个实施例中，上述制备方法还包括对石墨烯纤维增强的导热垫片进行表面处理的步骤，所述表面处理包括打磨或/和抛光。
115.图6是本发明所述石墨烯纤维增强的导热垫片的制备方法的一个实施例的示意图，如图6所示，所述制备方法包括：
116.步骤s21，利制备纵向成排的石墨烯纤维；
117.步骤s22，利用高分子聚合物将成排石墨烯纤维粘接卷成块体，固化成型，获得导热块，图7a是一端相连的成排石墨烯纤维形成的导热块，图7b是两端相连的成排石墨烯纤维形成的导热块，图7c是两端和中间相连的成排石墨烯纤维形成的导热块，图7d是中间相连的成排石墨烯纤维形成的导热块；
118.步骤s23，切割导热块，获得石墨烯纤维增强的导热垫片。
119.在一个实施例中，步骤s23之前还包括：切除成排的石墨烯纤维相连端，连之处不仅会使垫片在应用卷压时，内部受力不均，导致形变及回弹不稳定，而且会引起热量在横向上的传导，从而影响垫片纵向热传导的效果，造成热量的积聚，不利于导热垫片的散热效果。
120.优选地，在固化成型之前，切除成排的石墨烯纤维相连端。
121.在一个实施例中，步骤s21中，采用中间不相连的成排的石墨烯纤维，如果成排的石墨烯纤维在中间也有数个部位相连，虽然可以方便石墨烯纤维增强的导热垫片的制备，但由于需要去除相连之处，必然导致垫片的损耗变大。
122.在一个实施例中，步骤s22中，所述固化的方式采用常压固化或加压固化。
123.加压固化时选择一个方向或多个方向进行加压，(石墨烯纤维定向的方向除外)，但此时卷成型块体的截面将随着施压的方式，产生相应的变化，优选地，所述固化的方式采用常压固化。
124.在一个实施例中，在固化过程中，通过压缩率控制加压，优选地，压缩率为5-50％，压缩率低于5％则与常压效果相当，对于压缩率高于50％的情况，则压缩率过大，均容易导致样品被压裂，优选为15-20％。
125.本发明所述石墨烯纤维增强的导热垫片，至少由石墨烯纤维与高分子聚合物组成，其中石墨烯纤维在所述导热垫片中沿着纵向高程度排列。所述石墨烯纤维增强的导热垫片的制备方法包括：利用高分子聚合物将连排的石墨烯纤维层层粘接堆叠成块或粘接卷成块；固化成型后切割成石墨烯纤维增强的导热垫片，该垫片中石墨烯纤维沿着纵向高程
度定向排列。所述高分子聚合物中可以包含其他导热填料。本发明所述石墨烯纤维增强的导热垫片，具有高定向、高导热、低热阻等性能优点。
126.在一个实施例中，还包括对石墨烯纤维增强的导热垫片进行表面处理的步骤，所述表面处理包括打磨或/和抛光。
127.以下实施例的石墨烯纤维增强导热垫片分别采用以下方法测试其相关的性能：
128.通过astm d5470测试在40psi条件下样品的导热系数；
129.通过astm d5470测试在40psi条件下、厚度0.5mm样品的应用热阻(样品的本征热阻与上下两个接触面的热阻之和)；
130.通过astm d575测试厚度0.5mm样品在50％应变条件下的压缩回弹性能。
131.以下实施例1-5中，成排石墨烯纤维以及石墨烯纤维增强导热垫片的制备方法包括：
132.在石墨烯导热膜上开设上下贯通的槽，形成成排的石墨烯纤维；
133.利用高分子聚合物，将成排石墨烯纤维层层粘接堆叠成块；
134.固化成型；
135.沿着堆叠方向进行切割成片，获得石墨烯纤维增强的导热垫片，其中，石墨烯纤维沿着导热垫片的纵向排列。
136.实施例1
137.本实施例中，成排石墨烯纤维是通过在石墨烯导热膜表面开槽获的，所述石墨烯导热膜是将氧化石墨烯浆料经过涂布、干燥、热处理、压延后获得的；
138.成排石墨烯纤维的厚度10μm；密度1.5g/cm3；槽宽0.1mm；槽中心距0.2mm；
139.高分子聚合物种类为聚二苯基硅氧烷，其中包含氮化铝粉30wt.％；
140.层层堆叠后的块体在40℃条件下进行固化成型，施压固化时压缩率为15％；切割角度为60
°
，经过表面打磨抛光后，即得石墨烯纤维增强的导热垫片；
141.该石墨烯纤维增强导热垫片中石墨烯纤维的含量为55wt.％；
142.经过测试，所得石墨烯纤维增强的导热垫片的性能如下：
143.导热系数：92.46w/(m
·
k)；
144.应用热阻：0.21k
·
cm2/w；
145.压缩回弹率：96.56％。
146.实施例2
147.本实施例中，成排石墨烯纤维是通过在石墨烯导热膜表面开槽获的，所述石墨烯导热膜是将氧化石墨烯浆料经过涂布、干燥、热处理、压延后获得的；
148.成排石墨烯纤维的厚度50μm；密度1.8g/cm3；槽宽0.5mm；槽中心距1mm；
149.高分子聚合物种类为聚二甲基环硅氧烷，其中包含氧化铝粉10wt.％；
150.层层堆叠后的块体在常温条件下进行固化成型，施压固化时压缩率为20％；切割角度为120
°
，经过表面打磨抛光后，即得石墨烯纤维增强的导热垫片；
151.该石墨烯纤维增强导热垫片中石墨烯纤维的含量为45wt.％；
152.经过测试，所得石墨烯纤维增强的导热垫片的性能如下：
153.导热系数：74.71w/(m
·
k)；
154.应用热阻：0.24k
·
cm2/w；
155.压缩回弹率：94.63％。
156.实施例3
157.本实施例中，成排石墨烯纤维是通过在石墨烯导热膜表面开槽获的，所述石墨烯导热膜是将氧化石墨烯浆料经过涂布、干燥、热处理、压延后获得的；
158.成排石墨烯纤维的厚度25μm；密度2.0g/cm3；槽宽0.2mm；槽中心距0.5mm；
159.高分子聚合物种类为聚二甲基硅氧烷，其中包含石墨烯粉末15wt.％；
160.层层堆叠后的块体在100℃条件下进行固化成型，施压固化时压缩率为18％；切割角度为90
°
，经过表面打磨抛光后，即得石墨烯纤维增强的导热垫片。
161.该石墨烯纤维增强导热垫片中石墨烯纤维的含量为60wt.％；
162.经过测试，所得石墨烯纤维增强的导热垫片的性能如下：
163.导热系数：112.95w/(m
·
k)；
164.应用热阻：0.18k
·
cm2/w；
165.压缩回弹率：99.01％。
166.实施例4
167.本实施例中，成排石墨烯纤维是通过在石墨烯导热膜表面开槽获的，所述石墨烯导热膜是通过将高分子薄膜经过碳化石墨化、压延后获得的；
168.成排石墨烯纤维的厚度1μm；密度1.2g/cm3；槽宽0.05mm；槽中心距0.1mm；
169.高分子聚合物种类为α,ω-二羟基聚二甲基硅氧烷，其中包含粉末石墨粉5wt.％；
170.层层堆叠后的块体在150℃条件下进行固化成型，施压固化时压缩率为5％；切割角度为45
°
，经过表面打磨抛光后，即得石墨烯纤维增强的导热垫片。
171.该石墨烯纤维增强导热垫片中石墨烯纤维的含量为40wt.％；
172.经过测试，所得石墨烯纤维增强的导热垫片的性能如下：
173.导热系数：62.47w/(m
·
k)；
174.应用热阻：0.28k
·
cm2/w；
175.压缩回弹率：90.35％。
176.实施例5
177.本实施例中，成排石墨烯纤维是通过在石墨烯导热膜表面开槽获的，所述石墨烯导热膜是通过膨胀石墨压延后获得的；
178.成排石墨烯纤维的厚度200μm；密度1.0g/cm3；槽宽3mm；槽中心距6mm；
179.高分子聚合物种类为聚氨酯，其中包含氧化铝粉末50wt.％；
180.层层堆叠后的块体在60℃条件下进行固化成型，施压固化时压缩率为50％；切割角度为135
°
，经过表面打磨抛光后，即得石墨烯纤维增强的导热垫片。
181.该石墨烯纤维增强导热垫片中石墨烯纤维的含量为30wt.％；
182.经过测试，所得石墨烯纤维增强的导热垫片的性能如下：
183.导热系数：59.05w/(m
·
k)；
184.应用热阻：0.30k
·
cm2/w；
185.压缩回弹率：91.18％。
186.以下实施例6和7中，成排石墨烯纤维以及石墨烯纤维增强导热垫片的制备方法包括：
187.在石墨烯导热膜上开设上下贯通的槽，形成成排的石墨烯纤维；
188.利用高分子聚合物将成排石墨烯纤维粘接卷成块体；
189.固化成型；
190.切割成垫片，获得石墨烯纤维增强的导热垫片，其中，石墨烯纤维沿着垫片的纵向进行排列。
191.实施例6
192.成排石墨烯纤维的厚度20μm；密度2.1g/cm3；槽宽0.3mm；槽中心距0.5mm；
193.高分子聚合物种类为氰基硅氧基硅烷，其中包含碳化硅粉末20wt.％；
194.层层堆叠后的块体在90℃条件下进行固化成型，常压固化；切割角度为80
°
，经过表面打磨抛光后，即得石墨烯纤维增强的导热垫片。
195.该石墨烯纤维增强导热垫片中石墨烯纤维的含量为70wt.％；
196.经过测试，所得石墨烯纤维增强的导热垫片的性能如下：
197.导热系数：93.25w/(m
·
k)；
198.应用热阻：0.22k
·
cm2/w；
199.压缩回弹率：98.78％。
200.实施例7
201.本实施例中，成排石墨烯纤维的厚度100μm；密度1.4g/cm3；槽宽0.06mm；槽中心距0.15mm；
202.高分子聚合物种类为α,ω-二羟基聚甲基(3,3,3-三氟丙基)硅氧烷，其中包含碳化硅粉末8wt.％；
203.层层堆叠后的块体在130℃条件下进行固化成型，固化时压缩率10％；切割角度为50
°
，经过表面打磨抛光后，即得石墨烯纤维增强的导热垫片。
204.经过测试，所得石墨烯纤维增强的导热垫片的性能如下：
205.该石墨烯纤维增强导热垫片中石墨烯纤维的含量为25wt.％；
206.导热系数：52.08w/(m
·
k)；
207.应用热阻：0.33k
·
cm2/w；
208.压缩回弹率：90.35％。
209.对比例1
210.本对比例中，采用的制备工艺与实施例1相同，只是切割时采用的角度为15
°
，经过测试，其导热系数进为7.46w/(m k)，应用热阻为1.28k
·
cm2/w。
211.对比例2
212.本对比例中，采用的制备工艺与实施例2相同，只是切割时采用的角度为150
°
，经过测试，其导热系数进为10.53w/(m k)，应用热阻为0.97k
·
cm2/w。
213.对比例3
214.本对比例中，在石墨烯导热膜上开出槽宽0.025mm，其他条件与实施例3相同。由于槽宽过窄，导致高分子聚合物与直接采用不开槽的石墨烯导热膜一样，受到阻隔，不能有效地粘接成型，所得样品容易开裂。
215.对比例4
216.本对比例中，在石墨烯导热膜上开出槽宽5mm，其他条件与实施例4相同。由于槽宽
太大，石墨烯纤维之间的距离过大，导致所得样品的导热系数仅为11.23w/(m
·
k)，而应用热阻过高，为0.92k
·
cm2/w。
217.对比例5
218.本对比例中，在石墨烯导热膜上设置槽中心距为0.08mm，设置参数为槽宽0.05，其他条件与实施例5相同。由于槽中心距设置过小，得到的成排石墨烯纤维容易破损，不能制备导热垫片。
219.对比例6
220.本对比例中，在石墨烯导热膜上设置槽中心距10mm，其他条件与实施例5相同。由于槽中心距设置过大，导致高分子聚合物与直接采用不开槽的石墨烯导热膜类似，不能有效地粘接成型，所得样品容易开裂。
221.对比例7
222.本对比例中，成排石墨烯纤维的厚度为400μm，其他条件与实施例6相同。由于成排石墨烯纤维过厚，不具有良好的柔韧性，在制备垫片样品时，容易破损。
223.对比例8
224.本对比例中，成排石墨烯纤维的厚度为0.5μm，其他条件与实施例6相同。由于成排石墨烯纤维过薄，其本身就不足以制成自身的稳定性，容易破损，不适合用于制备垫片样品。
225.对比例9
226.本对比例中，成排石墨烯纤维的密度为0.5g/cm3，其他条件与实施例7相同。由于成排石墨烯纤维密度过小，内部存在大量的空气导致密实度不够且不具备柔韧性，在制备垫片样品时容易破损。
227.对比例10
228.本对比例中，制成的垫片样品中，石墨烯纤维的含量为8wt.％，其他条件与实施例6相同。经过测试，所得垫片的导热系数仅为5.23w/(m
·
k)，应用热阻较高，为1.98k
·
cm2/w。
229.本发明采用一维的、具有超高导热性能的石墨烯纤维，在纵向上高程度定向排列，获得纵向上的高导热性能；同时，石墨烯纤维与高分子聚合物相结合，在受压及回弹时，两者可以很好地保持步调一致，从而避免内部开裂的风险。
230.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
技术特征：1.一种石墨烯纤维制备方法，其特征在于，包括：在石墨烯导热膜开槽，形成多根石墨烯纤维。2.根据权利要求1所述的石墨烯纤维制备方法，其特征在于，所述在石墨烯导热膜上开槽的步骤包括：在石墨烯膜上阵列开槽，形成多根石墨烯纤维；优选地，所述多根石墨烯纤维平行排列；优选地，多根石墨烯纤维至少一端相连；优选地，多根石墨烯纤维两端均相连，进一步优选地，多根石墨烯纤维两端均平行相连；优选地，所述在石墨烯导热膜上开槽的方式为冲切开槽、激光开槽或化学刻蚀；优选地，通过控制槽的宽度以及槽的中心距，控制石墨烯纤维宽度及相邻石墨烯纤维的间距；优选地，槽的宽度0.05-3mm，进一步优选为0.1-0.5；优选地，相邻槽的中心距0.1-6mm，进一步优选为0.2-1mm。3.根据权利要求1所述的石墨烯纤维制备方法，其特征在于，所述石墨烯导热膜的制备方法包括：利用氧化石墨烯浆料通过涂布、干燥、热处理、压延获得；或/和利用高分子薄膜经过碳化、石墨化、压延获得，所述高分子薄膜选自聚酰亚胺薄膜、锦纶薄膜、聚酰胺、聚苯并噁唑、聚苯并双噁唑、聚噁二唑、聚噻唑、聚苯并双噻唑、聚苯并噻唑、聚苯并咪唑或聚苯并双咪唑或聚对亚苯基亚乙烯基中的至少一种；或/和利用膨胀石墨直接压延获得。4.一种石墨烯纤维，其特征在于，利用权利要求1-3中任一所述制备方法制备，优选地，所述石墨烯纤维的厚度为1-200微米，优选地，所述石墨烯纤维的厚度为10-50微米；或/和所述石墨烯纤维密度为1.0-2.2g/cm3，优选为1.5-2.2g/cm3。5.一种石墨烯纤维增强的导热垫片的制备方法，其特征在于，包括：利用权利要求1-3中任一所述制备方法制备成排的石墨烯纤维；利用高分子聚合物将成排的石墨烯纤维粘接成块；固化成型，获得导热块；切割导热块，获得石墨烯纤维增强的导热垫片，优选地，沿着与纵向呈45
°‑
135
°
方向进行切割，进一步优选地，沿着与纵向呈90
°
的方向进行切割。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述利用高分子聚合物将成排的石墨烯纤维粘接成块的步骤中，利用高分子聚合物将多层成排的石墨烯纤维层层粘接堆叠成块，优选地，相邻两层的成排石墨烯纤维是完全对应，不对应或不完全对应；或/和所述固化成型，获得导热块步骤中，所述固化的方式采用常压固化或加压固化，优选地，所述固化的方式采用加压固化；优选地，在固化过程中，通过压缩率控制加压，进一步优选地，压缩率为5-50％，更进一步优选为15-20％；优选地，所述固化的温度为40-150℃或常温；或/和所述切割导热块，获得石墨烯纤维增强的导热垫片的步骤中，沿着堆叠方向进行切割，获得石墨烯纤维增强的导热垫片。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述利用高分子聚合物将成排的石墨烯纤维粘接成块的步骤中，利用高分子聚合物将成排石墨烯纤维粘接卷成块体；或/和所述固化成型，获得导热块步骤中，所述固化的方式采用常压固化或加压固化，加压固化时选择一个方向或多个方向进行加压，优选地，所述固化的方式采用常压固化；优选地，在固化过程中，通过压缩率控制加压，进一步优选地，压缩率为5-50％，更进一步优选为15-20％；优选地，所述固化的温度为40-150℃或常温；优选地，所述切割导热块，获得石墨烯纤维增强的导热垫片的步骤之前还包括：切除成排的石墨烯纤维的相连端。8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，还包括对石墨烯纤维增强的导热垫片进行表面处理的步骤，所述表面处理包括打磨或/和抛光。9.一种石墨烯纤维增强的导热垫片，其特征在于，包括石墨烯纤维和高分析聚合物，所述石墨烯纤维纵向排列，优选地，所述石墨烯纤维的含量为15-70wt.％，优选为30-60wt.％。10.根据权利要求9所述的石墨烯纤维增强的导热垫片，其特征在于，所述高分子聚合物采用环氧树脂、酚醛树脂、糠醛树脂、聚氨酯、丙烯酸树脂、聚丁烯、有机硅胶；优选地，所述高分子聚合物采用有机硅胶；优选地，所述高分子聚合物采用聚二甲基环硅氧烷、聚二甲基硅氧烷、α,ω-二羟基聚二甲基硅氧烷、聚二苯基硅氧烷、α,ω-二羟基聚甲基(3,3,3-三氟丙基)硅氧烷、氰基硅氧基硅烷和α,ω-二乙基聚二甲基硅氧烷中至少一种；优选地，所述的高分子聚合物中包含其他导热填料，所述其他导热填料为石墨烯粉、石墨粉、氮化硼粉、氧化铝、氮化铝或碳化硅中的至少一种；优选地，所述其他导热填料在高分子聚合物中占比为5wt.％-50wt.％，进一步优选为10wt.％-30wt.％。
技术总结本发明提供石墨烯纤维及其制备方法，包括：在石墨烯导热膜开槽，形成多根石墨烯纤维。本发明还提供石墨烯纤维增强导热垫片及其制备方法，包括：制备成排的石墨烯纤维；利用高分子聚合物将成排的石墨烯纤维粘接成块；固化成型，获得导热块；切割导热块，获得石墨烯纤维增强的导热垫片。本发明石墨烯纤维制备方法简单，制备的多根石墨烯纤维具有高定向性，石墨烯纤维在所得导热垫片中，不仅结合性好，而且在受压及回弹时，可以与高分子聚合物保持步调一致，可以承受高压缩率而不会开裂。可以承受高压缩率而不会开裂。可以承受高压缩率而不会开裂。
技术研发人员：葛翔 胡佳佳 杨淑洁 周曙 张鹏
受保护的技术使用者：常州富烯科技股份有限公司
技术研发日：2022.04.21
技术公布日：2022/7/5
