用於卷燒式石墨化的聚醯亞胺膜及石墨膜製造方法與流程
2023-10-30 20:53:42
本發明涉及一種用於卷燒式石墨化的聚醯亞胺膜、石墨膜及其製造方法，特別是涉及如何調整聚醯亞胺的組成使其具有適當機械性質，使其碳化膜及石墨膜具有良好的機械強度，避免產生龜裂或斷裂。
背景技術：
移動裝置的快速成長使得輕薄化成為電子產品的趨勢，而電子元件為了縮減體積而讓元件做緊密的堆積，因此晶片、背光模組及電池等的散熱問題成為重要的議題。在導熱、散熱效能要求逐漸嚴峻時，人造軟性石墨膜的問市讓這些問題得以有了解決方案，人造石墨膜具有良好的傳導性、柔軟性及優於銅四倍的熱傳導效率，讓石墨膜在移動裝置上被大量地使用。
高導熱石墨膜在製造上是將聚醯亞胺膜經過一連串高溫裂解反應與原子重新排列過程而產生純碳元素，而這些高溫處理過程被稱為碳化與石墨化。碳化過程的主要功能為熱裂解非碳元素，處理溫度約在800～1300℃之間。石墨化的功用則是通過高溫來推動碳原子，使碳原子重新排列而形成連續有序的層狀結構，在過程中會扮隨著發泡的現象，而形成發泡石墨層結構，其操作溫度發生在2500～3000℃之間。對所得到的發泡石墨膜進行軋延處理後可獲得具有柔軟性的石墨膜，以適合於電子設備中的散熱及電磁波遮蔽層。
卷燒工藝生產的石墨膜相較片狀或疊狀工藝生產的石墨膜具有可省略人工疊片流程的優點，且利於後續工藝的連續生產性，大幅降低成本。
但是，已知的卷燒式石墨膜的生產，聚醯亞胺膜成捲曲狀態，在碳化過程中容易產生碳化膜脆裂或斷裂，造成合格率過低。
技術實現要素：
本發明提供了一種用於卷燒式石墨化的聚醯亞胺膜及石墨膜製造方法，該聚醯亞胺膜由二胺化合物及二酐化合物反應而成，通過調整聚醯亞胺的組成使其具有適當的機械性質，使其碳化膜及石墨膜具有良好的機械強度，避免產生龜裂或斷裂。
本發明的聚醯亞胺膜包括二胺及二酐，該二胺包含4，4′-二胺基二苯醚(4，4′-oxydianiline(4，4′-ODA))、對苯二胺(phenylenediamine(PDA))，二酐為均苯四甲酸二酸酐(pyromellitic dianhydride(PMDA))，其中ODA/PDA的摩爾比為80/20～50/50，與PMDA進行反應所得的聚醯亞胺膜，將該聚醯亞胺膜經過碳化熱處理及石墨化熱處理，而可得到良好機械強度的石墨膜。
附圖說明
圖1為本發明的卷燒式石墨膜製造方法的流程圖；
圖2為本發明的卷燒式聚醯亞胺膜的立體示意圖；
圖3為本發明的卷燒式聚醯亞胺膜的剖視圖。
【附圖標記說明】
聚醯亞胺膜 10
捲筒 12
捲筒狀聚醯亞胺膜 14
具體實施方式
請參閱圖1，其為本發明的用於卷燒式石墨化的聚醯亞胺膜及石墨膜的製造方法流程圖，步驟一，首先製備一聚醯亞胺膜10(S1)，該聚醯亞胺膜的楊氏模數(Young’s modulus)介於330～490Kgf/mm2之間。
該聚醯亞胺膜由二胺化合物及二酐化合物反應而成，該二胺包含4，4′-二胺基二苯醚(4，4′-oxydianiline(4，4′-ODA))及對苯二胺(phenylenediamine(p～PDA))，其中ODA/PDA的摩爾比為50/50～80/20，二酐為均苯四甲酸二酸酐(pyromellitic dianhydride(PMDA))。
請配合參閱圖2及圖3，將聚醯亞胺膜21卷繞於一捲筒22上，以形成一捲筒狀聚醯亞胺膜23(S2)。
將捲筒狀聚醯亞胺膜23在減壓下或氮氣中加熱碳化處理(S3)，其碳化處理溫度為800～1300℃之間，以形成一捲筒狀碳化膜。
將該捲筒狀碳化膜進行加熱石墨化處理(S4)，其加熱溫度為2500～3000℃，以形成良好機械強度的石墨膜，具有良好的外觀。
以下實施例詳述本發明。
實施例1
製備本發明的聚醯亞胺膜。
聚醯胺酸溶液製備
將80摩爾％的ODA與20摩爾％的PDA溶於DMAc中，與100摩爾％的PMDA進行反應，獲得20％聚醯胺酸溶液。
聚醯亞胺膜製備
將所獲得的聚醯胺酸溶液塗布於鋼帶上，並放入80℃的烘箱內加熱約30分鐘，以移除大部份的溶劑，而後將上述塗有第一聚醯胺酸溶液的鋼帶放入170～370℃的烘箱內，加熱約4小時，並進行雙軸拉伸，以形成38、50及75微米的聚醯亞胺膜。
碳化膜製備
將50米長的聚醯亞胺膜卷於一石墨材質制捲筒上進行碳化處理，其碳化溫度約為800～1300℃，以形成一捲筒狀碳化膜。
石墨膜製備
將捲筒狀碳化膜進行石墨化工藝，其石墨化溫度約為2800℃，以形成發泡石墨膜，再將發泡石墨膜進行延壓，而製成厚度17、25、40微米的石墨膜。
實施例2
重複實施例1的步驟，只是ODA及PDA的比例為75/25摩爾比，製備38、50及75微米的聚醯亞胺膜，再製成厚度為17、25、40微米的石墨膜。
實施例3
重複實施例1的步驟，只是ODA及PDA的比例為70/30摩爾比，製備25、38、50及75微米的聚醯亞胺膜，再製成厚度為10、17、25及40微米的石墨膜。
實施例4
重複實施例1的步驟，只是ODA及PDA的比例為65/35摩爾比，製備25、38、50微米的聚醯亞胺膜，再製成厚度為10、17、25微米的石墨膜。
實施例5
重複實施例1的步驟，只是ODA及PDA的比例為60/40摩爾比，製備25及38微米的聚醯亞胺膜，再製成厚度為10及17微米的石墨膜。
實施例6
重複實施例1的步驟，只是ODA及PDA的比例為50/50摩爾比，製備25及38微米的聚醯亞胺膜，再製成厚度為10及17微米的石墨膜。
實施例7
重複實施例1的步驟，只是ODA及PDA的比例為40/60摩爾比，製備25及38微米的聚醯亞胺膜，再製成厚度為10及17微米的石墨膜。
比較例1
重複實施例1的步驟，只是ODA及PDA的比例為100/0摩爾比，製備38、50及75微米的聚醯亞胺膜，再製成厚度為17、25及40微米的石墨膜。
比較表
優：無裂痕
良：小於5處裂痕
差：大於5處裂痕或斷膜
將實施例1～7與比較例1進行比較，相同38微米厚的聚醯亞胺膜製備17微米捲筒式石墨膜，其ODA/PDA摩爾比介於50/50～75/25所得的石墨模具有較佳的外觀。
將實施例1～7進行比較可得知，厚度越薄的石墨膜需以較高PDA比例的聚醯亞胺膜製備方可得到較好的外觀合格率。
將實施例1～7進行比較可得知，以同一配比的聚醯亞胺膜製備不同厚度的石墨膜，越薄的石墨膜具有較高的熱擴散係數。
以上所述的具體實施例，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施例而已，並不用於限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。