一种填充石墨烯各向异性高导热导电预成型胶带及制备方法技术

本发明专利技术属于导热胶带制备技术领域，特别涉及一种填充石墨烯各向异性高导热导电预成型胶带。该胶带由胶粘薄膜和上下两面离型纸组成，其中胶粘薄膜由以下重量份的组分组成：有机硅环氧树脂100，石墨烯0.01‑0.05；溶剂40‑80；偶联剂1‑4；固化剂0.8‑1.5。制备方法包括：有机硅环氧树脂合成、石墨烯分散、胶液、半固态胶粘薄膜和预成型胶带制备等步骤。本发明专利技术的导热胶带在纵向方向上导热系数高、导电率高，石墨烯添加量小，成本低，制作简单，使用方便，易于规模化批量应用，适用于微处理器，柔性线路板，LED，汽车电子，航空航天，核能等与散热和导电相关的领域。

Graphene filled anisotropic high conductive thermal conductive preformed adhesive tape and preparation method thereof

The invention belongs to the technical field of heat conductive adhesive tape preparation, in particular to an anisotropic high conductive thermal conductive preformed adhesive tape filled with graphene. The adhesive tape is composed of adhesive film and the upper and lower sides of the release paper, wherein the adhesive film comprises the following components in part by weight: silicone epoxy resin 100, graphene 0.01 0.05 40 80; solvent; coupling agent 1 curing agent 0.8 1.5 4. The preparation method comprises the steps of organosilicon epoxy resin synthesis, graphene dispersion, glue solution, semi-solid adhesive film and preparation of preformed adhesive tape. Conductive adhesive tape of the present invention in the longitudinal direction of high thermal conductivity, high electrical conductivity of graphene, add a small amount of low cost, simple manufacture, convenient use, easy to scale batch applications, suitable for microprocessor, flexible circuit board, LED, automotive, aerospace, nuclear energy and radiation and conducting related fields.

【技术实现步骤摘要】
一种填充石墨烯各向异性高导热导电预成型胶带及制备方法
本专利技术属于导热胶带
，特别涉及一种填充石墨烯各向异性高导热导电预成型胶带。
技术介绍
随着技术的进展及消费类电子产品迅猛发展，电子设备的体积越来越小，但功能却越来越强大。与之相匹配的功能元器件芯片的功率就越来越大，因此发热量也越来越大。热量直接影响电子设备的稳定性及安全性，大多数芯片厂商为了控制发热问题不得不牺牲主频，如何快速高效地把热量传导出去成为未来先进电子设备发展的关键技术。LED产业朝着超高亮度大功率方向发展，因此对导热介质提出了更高要求，普通导热胶热导率低于10W·m-1·K-1不能满足使用需求，大功率的LED芯片的散热需要高于20W·m-1·K-1。石墨烯是一种由碳原子以SP2杂化轨道组成的六角型呈蜂窝状晶格的平面薄膜，只有原子层即0.35nm厚，是目前已知热导率最大的材料达到5300W·m-1·K-1，高于碳纳米管(2300W·m-1·K-1)和金刚石(2000W·m-1·K-1)。其次，石墨烯结构是平面六边形点阵，可以看做是一层被剥离的石墨分子，每个碳原子均为sp2杂化，并贡献剩余一个p轨道上的电子形成大π键，π电子可以自由移动，赋予石墨烯良好的导电性。石墨烯最大的特性是其中电子的运动速度达到了光速的1/300，远远超过了电子在一般导体中的运动速度。常温下电子迁移率达到2×105cm2/Vs比碳纳米管(1×105cm2/Vs)和硅晶体(1000cm2/Vs)高；电阻率只有10-8Ω/m，比铜(1.75*10-8Ω/m)和银(1.65*10-8Ω/m)更低。因此通过石墨烯高效的导热导电能力可以提升芯片的性能。芯片主频理论上可以达到300GHz，而目前的主频由于发热量问题基本在3-4GHz。将石墨烯作为导热胶填充材料以提高导热率已有应用，例如专利技术专利：(201110277180.4)、(201310242301.0)、(201410260840.1)和(201511023546.X)，将石墨烯添加在导热胶粘剂、胶膜、散热膜和胶带中来提高导热率。但是现有专利技术专利通过添加石墨导热率提高有效果但导热率还是不高：(201410068302.2)采用氮化铝、氮化硼、氧化镁、氧化铝、氧化锌、碳化硅和氧化铍为填料，以丙烯酸压敏胶为基体，金属箔为基材制备了一种导热胶带，没有导热系数数据。(201310242301.0)采用类石墨烯氮化硼纳米片为填料、无卤环氧树脂为基体涂覆在PET离型膜上制备了一种高导热胶膜，导热率只有9.1W·m-1·K-1。(201511023546.X)采用石墨烯和碳纳米管为填料，采用环氧树脂为基体制备了一种导热胶/石墨烯复合多层散热膜，主要由离型纸、至少一层双面导热胶层和至少一层石墨烯层构成三明治结构，无导热率数据。(201110277180.4)提供了一种添加石墨烯的导热胶黏剂，平均热导率只有35W·m-1·K-1，该专利采用双酚F型环氧树脂为基体，天然石墨和氧化石墨为原料自制石墨烯作为填料来提高胶粘剂的导热性能，但对石墨烯的厚度及尺寸没有要求，而尺寸大、厚度厚的石墨烯导热效果会大打折扣。而且石墨烯是二维平面材料，在平行方向导热率很高但在垂直方向上导热率较低这样就减弱了其作为各向同性导热材料的效果。还有，石墨烯的添加量为5-10份，使用的份额较大，成本较高。这样不仅会使石墨烯颗粒在体系中相互接触的几率增大，导致较易团聚降低添加作用而且还使得胶粘剂成本高昂不利于工业化推广。这与本专利技术采用单层石墨烯为填料，添加量少和导热率高明显不同。(201410260840.1)提供了一种添加石墨烯的导热胶黏剂，导热率也是35W·m-1·K-1左右，该专利先采用γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷溶于四氢呋喃，再与甲酸、四氢呋喃和超纯水混合制备有机硅和环氧树脂为基体，使用的石墨烯量较大且制备的环氧/有机硅/石墨烯杂化胶黏剂的成分及制备工艺与本专利技术采用合成改性有机硅环氧树脂为基体和预成型导热胶粘带制备工艺明显不同。导热胶带比导热胶粘剂操作简便，只需要像普通胶带一样粘贴在需要导热部位且易于组装，可根据具体需求贴成任意图形方便应用。另外，不需要后期的加热固化过程，不断节省成本和工时而且不会对周围热敏感元件造成热伤害。最后胶带的厚度可以根据不同需求来设计，与胶粘剂相比厚度控制更容易。石墨烯是二维平面材料，在平行方向导热率很高但在垂直方向上导热率较低这样就减弱了其作为各向同性导热材料的效果。只有将石墨烯沿着平行方向定向排列才能发挥出其最大的导热作用，使导热系数得到较大的提升。另外，石墨烯的均匀分散是决定其应用效果的关键技术。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种添加石墨烯各向异性高导热导电预成型胶带，该导热胶带中石墨烯平面方向与胶带平面垂直，具有电阻小、导热率高的特点，石墨烯添加量少，生产成本低且使用方便、便于贴片机等大型SMT使用、具有柔韧性，适应各种形状的特点，可广泛应用于电子等高效散热需求领域。本专利技术的技术问题通过以下技术方案予以解决：一种添加石墨烯各向异性高导热导电预成型胶带，主要由添加石墨烯导热胶粘薄膜和离型纸组成，在胶粘薄膜两面敷上离型纸，所述导热胶粘薄膜由以下重量份组分混合后烘烤获得：有机硅环氧树脂100份；石墨烯0.01-0.05份；溶剂40-80份；偶联剂1-4份；固化剂0.8-1.5份；本专利技术中使用的有机硅环氧树脂是环氧树脂与有机硅树脂合成的改性有机硅环氧树脂。该树脂既有有机硅耐高温、耐腐蚀和耐水特性又能结合环氧树脂固化硬度优势，具有柔韧性且有一定的强度，可以使用环氧树脂固化剂进行固化成型，耐温达300-350℃。该导热胶带中采用的石墨烯特征为单层结构，平均厚度为0.35nm，水平宽度大约为10-25nm。单层石墨烯的表面积非常大，松装密度低，相同质量的体积比双层石墨烯或多层石墨烯大，因此使用极少量就可以达到良好的导热效果。该导热胶带中采用的溶剂为：高沸点溶剂三乙二醇丙醚、二乙二醇己醚中的一种或混合物和低沸点溶剂乙醇、丙三醇中的一种或混合物。高沸点溶剂溶解性好与低沸点溶剂搭配能在溶解性与挥发速度上达到平衡。该导热胶带中采用的偶联剂为：硅烷偶联剂γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH560)、γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷(KH570)一种或两种混合使用。偶联剂起到分散剂的作用，保证石墨烯在树脂体系中均匀的分散。该导热胶带中采用的固化剂为：脂肪族胺类柔性固化剂H-2、H-3和酚醛胺增韧固化剂T-31的一种或混合物。采用增韧性固化剂可以进一步提高胶带的柔韧性。1.改性有机硅环氧树脂的合成方法为：将双酚A型环氧树脂与稀释剂二甲苯按比例1:1混合，再与一定量的γ―氨丙基三乙氧基硅烷、二月桂酸二丁基锡和955#有机硅树脂混合，在90℃下反应1-2h，减压蒸馏去除二甲苯，在真空条件下获得均匀的改性有机硅环氧树脂。2.石墨烯的分散方法为：将一定量的石墨烯粉末与硅烷偶联剂和溶剂混合，然后使用乳化机乳化(速度5000转/分钟)连续分散1-2h，使石墨烯表面充分与硅烷偶联剂接触。石墨烯表面碳原子与硅烷偶联剂中的羟基发生化学吸附作用，从而使石墨烯表面包裹一层硅烷偶联剂以达到均匀分散的目的。3.胶液制备方法为：将上述配置的石墨烯溶液与有机硅树本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种填充石墨烯各向异性高导热导电预成型胶带，所述胶带主要由胶粘薄膜和上下两面离型纸组成，其特征在于：所述胶带，按重量份数计算，其组成为：有机硅环氧树脂100份，石墨烯0.01‑0.05份；溶剂40‑80份；偶联剂1‑4份；固化剂0.8‑1.5份。

【技术特征摘要】
1.一种填充石墨烯各向异性高导热导电预成型胶带，所述胶带主要由胶粘薄膜和上下两面离型纸组成，其特征在于：所述胶带，按重量份数计算，其组成为：有机硅环氧树脂100份，石墨烯0.01-0.05份；溶剂40-80份；偶联剂1-4份；固化剂0.8-1.5份。2.如权利要求1所述的填充石墨烯各向异性高导热导电预成型胶带，其特征在于：所述有机硅环氧树脂为环氧树脂与有机硅树脂合成的改性有机硅环氧树脂。3.根据权利要求2所述的填充石墨烯各向异性高导热导电预成型胶带，其特征在于：所述改性有机硅环氧树脂的制备方法为，将双酚A型环氧树脂30份与稀释剂二甲苯30份混合，再与γ―氨丙基三乙氧基硅烷1-5份、二月桂酸二丁基锡0.2-0.5份和955#有机硅树脂30份混合，在90℃下反应1-2h，减压蒸馏去除二甲苯，在真空条件下获得均匀的改性有机硅环氧树脂。4.如权利要求1所述的填充石墨烯各向异性高导热导电预成型胶带，其特征在于：所述石墨烯为单层结构。5.如权利要求1所述的填充石墨烯各向异性高导热导电预成型胶带，其特征在于：所述溶剂为高沸点溶剂三乙二醇丙醚、二乙二醇己醚中的一种或两种混合物和低沸点溶剂乙醇、丙三醇中的一种或两种混合物。6.如权利要求1所述的填充石墨烯各向异性高导热导电预成型胶带，其特征在于：所述偶联剂为硅烷偶联剂γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷和γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷的一种或两种混合物。7.如权利要求1所述的填充石墨烯各向异性高导热导电预成型胶带...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺会军，张江松，赵朝辉，朱捷，王志刚，张焕鹍，刘希学，安宁，祝志华，朱学新，刘英杰，刘建，徐蕾，金帅，王丽荣，
申请(专利权)人：北京康普锡威科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11