一种夹层结构高导热复合薄膜热界面材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种夹层结构高导热复合薄膜热界面材料，该复合薄膜具有3层结构，由上下表面的弹性纤维薄膜层和中间的非弹性纤维薄膜层热压延复合而成，其中弹性纤维薄膜层和非弹性纤维薄膜层中均含有零维、一维导热填料、二维导热填料和异形导热填料中的至少两种。该复合薄膜解决了常规填充方法制备条件下热界面材料中导热网络构筑困难，填料间界面热阻以及热界面的接触热阻较大等问题，具有导热性能提升高效、制备工艺简单、易于实现规模化生产等优点。等优点。等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种夹层结构高导热复合薄膜热界面材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及导热复合薄膜
，具体是一种夹层结构高导热复合薄膜热界面材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着电子器件集成度越来越高，功率逐渐增加，其发热问题也日益严重，对具有高导热性能的热界面材料的需求也越来越迫切。聚合物基复合材料因其性能优秀，易于制备，成本低等优点而被广泛应用于热界面管理领域。由于聚合物基体本征导热率较低，故需要添加导热率较高的导热填料以提高复合材料整体导热率，但是，为了保证复合材料的力学性能以及其他性能，同时控制成本，导热填料的填充率不宜过高。目前，使导热填料搭建三维导热网络，构建声子传输路径，是在低填充率下提高复合材料导热性能的最佳方法。
[0003]对于导热复合材料而言，热阻是影响导热性能的一个关键因素，包括复合材料与热界面间的接触热阻，复合材料中填料与基体以及填料与填料间的界面热阻。热界面凹凸不平而形成的空气层会产生接触热阻，大大降低热界面材料与热源表面的接触面积，导致散热效果不理想。而复合材料中填料间不良的相互接触或填料与基体间的界面缺陷会导致导热网络的不完整，从而引起导热性能下降。所以，提高复合材料导热性能的关键在于构建完整的导热网络，降低界面热阻，同时，也要降低接触热阻。通过在纤维膜的纤维表面吸附不同导热填料并多层热压的方式制备夹层结构高导热复合薄膜，可以在较低填充率下有效构建三维导热网络，降低界面热阻，提高导热性能的同时保证力学性能。在复合薄膜两侧使用弹性纤维膜作为基体，使其在接触面能够发生较大形变，提高与器件的接触面积，进一步降低接触热阻，从而提升导热散热性能。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于针对现有热界面材料界面接触热阻大，难以同时提升面内和垂直方向导热系数的不足，而提供一种夹层结构高导热复合薄膜热界面材料及其制备方法，该薄膜能够降低内部填料间的界面热阻，同时具有较低的接触热阻，且具有导热性能提升高效、制备工艺简单、易于实现规模化生产等优点。
[0005]实现本专利技术目的的技术方案是：一种夹层结构高导热复合薄膜，该复合薄膜具有3层结构，由上下表面的弹性纤维薄膜层和中间的非弹性纤维薄膜层热压延复合而成，其中所述弹性纤维薄膜层和非弹性纤维薄膜层中均含有零维、一维导热填料、二维导热填料和异形导热填料中的至少两种。
[0006]所述的弹性纤维薄膜层，是由TPUPU、聚烯烃POE、聚苯乙烯
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丁二烯嵌段共聚物SBS、聚酯酰胺PEA等典型热塑性弹性体材料制备的纤维薄膜或无纺布中的一种，纤维直径为50nm
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50μm，面密度为10g
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30g/m2；所述的非弹性纤维薄膜层，为聚四氟乙烯PVDF、聚酰胺PA、聚乳酸PLA、聚丙烯PP、聚丙烯腈PAN、聚对苯二甲酸乙二醇酯PET、芳纶、聚酰亚胺PI纤维薄膜或无纺布中的一种，
纤维直径为50nm
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50μm，面密度为10g
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30g/m2。所述的零维导热填料，为球形氧化铝Al2O3、球形氮化铝AlN中的至少一种，其粒径为500nm
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100μm；所述的一维导热填料，为羧基化碳纳米管CNTs、氮化碳纳米管CNNTs、碳化硅纳米线SiCNWs、银纳米线AgNWs中的至少一种，其长度为10μm
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200μm；所述的二维导热填料，为氮化硼纳米片BNNS、石墨烯纳米片GNPs、MXene中的至少一种，其粒径为100nm
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5μm，厚度为5nm
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100nm；所述的异形导热填料，为四针状氧化锌ZnO、膨胀石墨EG中的至少一种，其粒径为500nm
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100μm。
[0007]一种夹层结构高导热复合薄膜热界面材料的制备方法，包括如下步骤：1）分别将零维导热填料、一维导热填料、二维导热填料和异形导热填料中分别加入去离子水中分散均匀，得到3种导热填料分散液；2）将表面改性剂加入去离子水和无水乙醇的混合溶液中分散均匀，得到表面改性剂溶液；3）分别将弹性纤维薄膜和非弹性纤维薄膜完全浸入步骤2）制得的表面改性剂溶液中浸渍10
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30s，得到表面改性的弹性纤维薄膜和非弹性纤维薄膜；4）将步骤3）得到的表面改性的弹性纤维薄膜和非弹性纤维薄膜分别先后浸入步骤1）制得的3种导热填料分散液中的至少两种中浸渍10
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30s，且每浸渍完1种导热填料分散液后，将弹性纤维薄膜和非弹性纤维薄膜置于50
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80℃下烘干，再浸入一种导热填料分散液中并烘干，如此重复进行表面改性和吸附过程2
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10次，分别制得均匀吸附有零维导热填料、一维导热填料、二维导热填料和异形导热填料中至少两种的弹性纤维薄膜和非弹性纤维薄膜；5）将步骤4）制得非弹性纤维薄膜进行第一次热压延，再将步骤4）制得的弹性纤维薄膜分别置于热压延后的非弹性纤维薄膜上下表面再进行第二次热压延后，制得夹层结构的高导热复合材料。
[0008]所述的第一次热压延，热压延工艺为：温度为100
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300℃，压力为1
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30MPa，压延速度为0.01
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10m/min。
[0009]所述的第二次热压延，热压延工艺为：温度为50
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200℃，压力为1
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50MPa，压延速度为0.01
‑
10m/min。
[0010]有益效果本专利技术提供的一种夹层结构高导热复合薄膜热界面材料及其制备方法，与现有技术相比，有如下优点：（1）该复合薄膜的中间层使用非弹性纤维膜为基体，上下表面层使用弹性纤维薄膜为基体，既保证了薄膜整体的包括拉伸性能在内的力学性能，又提高了与热界面的接触面积，增强了界面作用，降低接触热阻，提高了导热散热性能。
[0011]（2）中间层与上下表面层均经表面改性后通过超声辅助循环浸渍的方法吸附两种或两种以上的零维/一维/二维/异形导热填料，协同构建导热通路，同时中间层纤维膜经过热压延使纤维在剪切力与压力的共同作用下相互接触并熔融，负载在其表面的导热填料得以发生接触从而构建三维导热网络。
[0012]（3）上下表面层经二次热压延在构建导热网络的同时与中间层紧密结合，在降低
了填料
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基体与填料
‑
填料界面热阻的同时，两侧的弹性层能够发生形变，提高薄膜与热源的接触面积，降低接触热阻，提高导热性能，中间层能够使热量沿垂直方向传递，提高散热效果。
[0013]（4）该复合薄膜具有制备简单，成本低，导热性能好的优点，适合作为热界面材料应用于电子封装领域。
附图说明
[0014]图1为实施例1中制备复合薄膜的模型示意图；图2为实施例1制得的夹层结构复合薄膜的示意图。
具体实施方式
[0015]下面结合附图和实施例对本
技术实现思路
做进一步阐述，但不是对本专利技术的限定。
[0016]实施例1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种夹层结构高导热复合薄膜，其特征在于，该复合薄膜具有3层结构，由上下表面的弹性纤维薄膜层和中间的非弹性纤维薄膜层热压延复合而成，其中所述弹性纤维薄膜层和非弹性纤维薄膜层中均含有零维、一维导热填料、二维导热填料和异形导热填料中的至少两种。2.根据权利要求1所述的一种夹层结构高导热复合薄膜，其特征在于，所述的弹性纤维薄膜层，是由TPU、PU、聚烯烃POE、聚苯乙烯
‑
丁二烯嵌段共聚物SBS、聚酯酰胺PEA热塑性弹性体材料制备的纤维薄膜或无纺布中的一种，纤维直径为50nm
‑
50μm，面密度为10g
‑
30g/m2；所述的非弹性薄膜层，为聚四氟乙烯PVDF、聚酰胺PA、聚乳酸PLA、聚丙烯PP、聚丙烯腈PAN、聚对苯二甲酸乙二醇酯PET、芳纶、聚酰亚胺PI纤维薄膜或无纺布中的一种，纤维直径为50nm
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50μm，面密度为10g
‑
30g/m2。3.根据权利要求1所述的一种夹层结构高导热复合薄膜，其特征在于，所述的零维导热填料，为球形氧化铝Al2O3、球形氮化铝AlN中的至少一种，其粒径为500nm
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100μm；所述的一维导热填料，为羧基化碳纳米管CNTs、氮化碳纳米管CNNTs、碳化硅纳米线SiCNWs、银纳米线AgNWs中的至少一种，其长度为10μm
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200μm；所述的二维导热填料，为氮化硼纳米片BNNS、石墨烯纳米片GNPs、MXene中的至少一种，其粒径为100nm
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5μm，厚度为5nm
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100nm；所述的异形导热填料，为四针状氧化锌ZnO、膨胀石墨EG中的至少一种，其粒径为500nm

【专利技术属性】
技术研发人员：马传国，宋沐原，迟洪涛，陆绍宁，张平，戴培邦，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：