一种三维导热网络结构的热界面材料制造技术

本发明专利技术提供一种三维导热网络结构的热界面材料，该热界面材料组分包括：液态树脂、一维导热填料和球形导热填料，所述的一维导热填料包括碳纤维及纤维状纳米碳导热材料，碳纤维的轴向沿热界面材料厚度方向上定向排列，纤维状纳米碳导热材料存在于碳纤维彼此之间，与碳纤维搭接构成三维导热网络，且满足1.5＜L/D＜60，L是指纤维状纳米碳导热材料的长度，D是指碳纤维直径。与单独使用碳纤维相比，本发明专利技术得到的热界面材料具有更高的导热性能，同时也提升了热界面材料的强度和韧性，适合5G通讯设备和高功耗电器设备的导热散热。

【技术实现步骤摘要】
一种三维导热网络结构的热界面材料
本专利技术涉及导热材料
，具体涉及一种三维导热网络结构的热界面材料。
技术介绍
近年来，随着以芯片为代表的电子元器件逐渐高性能化，器件运行中产生的热量也越来越大。为了能让器件稳定运行，避免局部蓄热，通常使用导热界面材料(如硅橡胶垫导热片)填补发热器件与散热器接触面上的空隙，将热量从发热器件快速有效地转移至散热器进行热量释放。目前以碳纤维为高导热填料(轴向导热系数可达1000W/m·k)，诱导碳纤维轴向沿导热片的厚度方向上定向排列，可大幅提升界面材料的导热性能。保力马科技株式会社公开的专利CN100548099C揭示了使用磁场和振动让碳纤维沿磁感线方向进行定向排列，获得导热片。积水保力马科技株式会社公开的专利CN108781524A揭示了利用二维片状石墨粉增加碳纤维彼此之间的接触，使导热网络更加丰富，但是片状石墨的加入容易引起液态树脂体系粘度增大，流动性变差，因此填充量非常有限，然而较低填充量又无法为碳纤维之间提供足够的接触点。经我们试验发现，二维片状的石墨难以被树脂分子链完全浸润包裹，即使被包裹后，两者之间仍然存在空隙，增加了材料内部热阻，同时片状石墨填料与树脂基体之间的附着力小，容易从热界面材料中脱落掉粉。另一方面，由于碳纤维沿导热片厚度方向上排列，垂直于导热片厚度方向上的拉伸强度和抗撕裂强度较低。因此，有必要解决上述问题。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，本专利技术的目的是提供一种三维导热网络结构的热界面材料，实现纤维状纳米碳导热材料与定向排列的碳纤维之间组成三维导热网络结构，纤维状填料与树脂基体拥有良好的结合力，提升热界面材料的导热性能和力学性能。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种三维导热网络结构的热界面材料，所述的热界面材料组分包括：液态树脂、一维导热填料和球形导热填料，所述的一维导热填料包括碳纤维及纤维状纳米碳导热材料，其中，所述碳纤维的轴向沿热界面材料的厚度方向上定向排列，所述的纤维状纳米碳导热材料存在于碳纤维之间，与碳纤维构成三维导热网络结构。所述的碳纤维与纤维状纳米碳导热材料满足以下关系：1.5＜L/D＜60，L是指纤维状纳米碳导热材料的长度，D是指碳纤维直径。当L/D＜1.5时，搭接不够充分，当L/D＞60时，纤维状纳米碳导热材料容易自身缠结成团，在液态树脂中难以解团，分散困难，也阻碍了碳纤维的定向排列。所述的碳纤维直径为5～20μm，长度为80～200μm。直径为5～20μm的碳纤维是工业上常规产品，长度＜80μm，会减少碳纤维与碳纤维之间轴向上的导热接触；长度＞200μm，会使树脂基体的粘度快速增加，影响碳纤维的填充量。所述的碳纤维为中间相沥青基碳纤维、聚对苯撑苯并二噁唑纤维、聚苯并噻唑纤维、芳香族聚酰胺纤维、芳香族聚酰亚胺纤维中的一种进行石墨化而成，成棒状。所述的碳纤维的导热系数为400～1000W/m·k。所述的纤维状纳米碳导热材料为碳纳米管或碳纳米纤维。所述的纤维状纳米碳导热材料是通过化学气相沉积法或静电纺丝法制得，并经过石墨化处理。石墨化处理目的是去除合成纤维状纳米碳导热材料后残留的金属催化剂(化学气相沉积)或非碳元素(静电纺丝)，使碳含量＞99.9wt％，减少晶格缺陷，使一部分非晶态碳转化为晶态碳，石墨化程度得到提高，从而提升导热性能。所述的纤维状纳米碳导热材料，直径为5～600nm，长度为10～600μm，长径比为50～2000。直径＜5nm，不易在树脂中分散，直径＞600nm，较难制备，长度＜10μm，与碳纤维之间搭接位点会减少，长度＞600μm，容易自身缠结成团，在液态树脂中分散困难。所述的纤维状纳米碳导热材料存在于碳纤维之间，与碳纤维相互搭接，增加导热网络通道，提高与树脂的亲和性。所述的热界面材料中一维导热填料质量分数占10～40％，其中碳纤维与纤维状纳米碳导热材料质量比为5～30：1。所述的热界面材料中球形导热填料质量分数占40～80％。所述的球形导热填料为氧化铝、氮化铝、碳化硅、氮化硼的一种或多种。所述的球形导热填料填补三维导热网络空缺部分。本专利技术另提供一种三维导热网络结构的热界面材料的制备方法，包括以下步骤：步骤S1，制备组合物：碳纤维、纤维状纳米碳导热材料和球形导热填料通过搅拌，超声使其均匀分散于液态树脂中；步骤S2，定向排列：采用超导磁场或者挤出实现定向排列。将步骤S1制备的组合物置于模具盒内，组合物内的碳纤维具有反磁性(Diamagnetic)，施加水平超导磁场和外加振动，棒状碳纤维克服组合物的粘滞力，沿磁感线的方向进行排列，而纤维状纳米碳导热材料也具有反磁性，但由于长径比大，呈弯曲、扭曲、缠结等状态，难以受磁场诱导进行排列，因此随机分布在碳纤维之间。或者组合物置于锥形流道中挤出，受流体与流道内壁之间的剪切力，棒状碳纤维沿挤出方向排列，同理，由于纤维状纳米碳导热材料长径比大，呈弯曲、扭曲、缠结状态，难以受挤出力的影响进行排列，因此随机分布在碳纤维之间。步骤S3，固化切片：组合物经过超导磁场或者挤出定向排列后，进行热固化，冷却后使用超声刀沿垂直于磁场方向或挤出方向，对固化后的组合物进行切片，最终得到所需厚度的热界面材料。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术所述的热界面材料，碳纤维的轴向沿热界面材料的厚度方向上定向排列，提供了纵向导热通道，所述的纤维状纳米碳导热材料与碳纤维搭接成纵横交错的三维导热网络，增加了导热通道，使纵向导热效率大幅提升。较于单独使用碳纤维，同等一维导热填料的使用量可以获得更高的导热性能。另一方面，纤维构成的三维网络提高了热界面材料的拉伸强度和撕裂强度，使其在装配和使用中的强度和韧性得到提高。附图说明图1是本专利技术较佳实施例提供的三维导热网络结构的热界面材料的结构示意图。具体实施方式下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本专利技术保护的范围。除非另有说明，本申请所使用的所有的技术和科学术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。参见图1，本专利技术较佳实施方式是提供一种三维导热网络结构的热界面材料。在本实施方式中，所述的热界面材料组分包括：液态树脂、一维导热填料和球形导热填料。在本实施方式中，所述的一维导热填料包括碳纤维及纤维状纳米碳导热材料。在本实施方式中，所述碳纤维的轴向沿热界面材料的厚度方向上定向排列，所述的纤维状纳米碳导热材料存在于碳纤维之间，与碳纤维搭接构成三维导热网络结构。具体，可参见图1。在本实施方式中，所述的碳纤维直径为5～20μm，长度为80～200μm，为中间相沥青基碳纤维、聚对苯撑苯并二噁唑纤维、聚苯并噻唑纤维、芳香族聚酰胺纤维、芳香族聚酰亚胺纤维中的至少一种进行石墨化而成的碳纤本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三维导热网络结构的热界面材料，其特征在于，所述的热界面材料组分包括：液态树脂、一维导热填料和球形导热填料，所述的一维导热填料包括碳纤维及纤维状纳米碳导热材料，其中，所述碳纤维的轴向沿热界面材料厚度方向上定向排列，所述的纤维状纳米碳导热材料存在于碳纤维之间，与碳纤维搭接构成三维导热网络结构。/n

【技术特征摘要】
1.一种三维导热网络结构的热界面材料，其特征在于，所述的热界面材料组分包括：液态树脂、一维导热填料和球形导热填料，所述的一维导热填料包括碳纤维及纤维状纳米碳导热材料，其中，所述碳纤维的轴向沿热界面材料厚度方向上定向排列，所述的纤维状纳米碳导热材料存在于碳纤维之间，与碳纤维搭接构成三维导热网络结构。


2.根据权利要求1所述的一种三维导热网络结构的热界面材料，其特征在于，所述的碳纤维与纤维状纳米碳导热材料满足以下关系：1.5＜L/D＜60，L是指纤维状纳米碳导热材料的长度，D是指碳纤维直径。


3.根据权利要求2所述的一种三维导热网络结构的热界面材料，其特征在于，所述的碳纤维长度为80～200μm。


4.根据权利要求1所述的一种三维导热网络结构的热界面材料，其特征在于，所述的纤维状纳米碳导热材料为碳纳米管或碳纳米纤维。


5.根据权利要求4所述的一种三维导热网络结构的热界面材料，其特征在于，所述的纤维状纳米碳导热材料是通过化学气相沉积法或静电纺丝法制得，并经过石墨化处理。


6.根据权利要求4所述的一种三维导热网络结构的热界面材料，其特征在于，所述的纤维状纳米碳导热材料，直径为5～600nm，长度为10～60...

【专利技术属性】
技术研发人员：任泽明，王号，
申请(专利权)人：广东思泉新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44