一种高导热材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于碳纤维导热材料技术领域，尤其涉及一种高导热材料及其制备方法。所述原料包含以重量份计的100

【技术实现步骤摘要】
一种高导热材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于碳纤维导热材料
，尤其涉及一种高导热材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着电子封装技术的发展，电子产品的功能更多，效率更高，其单位体积的工作功率也大幅上升，由此带来了严重的散热问题。如果热量不能及时疏散，会对电子产品的工作带来很多负面影响。因此，如何高效的将热量导出成为制约电子技术发展的主要瓶颈之一。通过导热能力强的热界面材料填充满电子元器件和散热器间的间隙，建立有效的热传导通道，将大大提高了整体的散热能力。导热硅胶垫片是一种具有一定柔韧性和压缩性的有机硅导热材料，通过处理可实现优异的导热性，可广应用于各种电子产品和电器设备中。
[0003]现阶段的导热材料主要是通过添加无机颗粒，例如氧化铝、氮化硼、氮化硅等，通过颗粒间相互接触，构建导热网络。一般来说，导热颗粒越多，越容易形成导热通路，导热能力就越好。但是，当填料的比例超过一个临界值时，导热材料的物理性能、力学性能就会大幅度降低，严重影响其使用范围。碳基材料以其微观柔性、高导热和高力学强度展现了其作为热界面材料的潜力。相比于传统的陶瓷基导热填料，石墨化碳纤维具有高热导率>900 W/mK和低密度2.0 g/cm3的优点，同时兼顾良好的机械性能，且可以根据纤维的方向设计导热取向，实现热量的定向疏导，是制备导热材料热界面材料最为理想的填料。但是，碳纤维完全处在硅胶垫里面，且碳纤维与硅胶的相容性差，热导率效率会大打折扣，发挥不了碳纤维导热的优势。
[0004]综合上，在碳纤维导热材料制备领域，仍然需要进一步发挥碳纤维的导热优势，构建纤维与纤维之间的导热通道，改善纤维与硅胶之间的界面结合状况，构建高导热体系的解决方案。

技术实现思路

[0005]针对上述技术问题，本专利技术的目的是制备一种高导热硅胶材料，通过将高导热碳纤维与球形石墨、球形陶瓷微粉进行复配、碳纤维、球形陶瓷微粉和球形石墨经表面改性处理以及碳纤维定向排列，制备出导热性能好、质地柔软且可规模化生产的碳纤维导热材料。
[0006]本专利技术技术方案如下：一种高导热材料，原料包括硅胶基体和导热填料；所述导热填料包括碳纤维、球形石墨、球形陶瓷微粉；所述碳纤维在导热性片材的厚度方向取向；所述的球形石墨和球形陶瓷微粉均匀分布在硅胶基体中。
[0007]优选地，所述原料包含以重量份计的100
‑
200份硅胶、200
‑
800份碳纤维、500
‑
1000份球形石墨和800
‑
1500份球形陶瓷微粉。
[0008]优选地，所述的硅胶基体包括以下重量份原料：乙烯基硅油100份，含氢硅油5~10份，催化剂1~3份，抑制剂0.1~0.5份，其中催化剂优选铂金络合剂，抑制剂优选乙炔环己醇。
[0009]优选地，所述的碳纤维为表面改性的高导热沥青基碳纤维，所述碳纤维的热导率
为200
‑
1200 W/mK，平均直径为5
‑
20
µ
m，长度为50
‑
400
µ
m。
[0010]优选地，所述的球形石墨为表面改性的天然或人造球形石墨，所述球形石墨的粒径为5
‑
30μm，优选三种以上不同粒径的球形石墨复配而成。
[0011]优选地，表面改性的氧化铝、氧化锌、氮化硼、氮化铝、碳化硅中一种或者多种以上混合，平均粒径为1
‑
10μm，优选两种以上不同粒径的陶瓷微粉复配而成。
[0012]优选地，所述的导热填料在使用前均经过表面改性处理，所使用的表面改性剂为硅烷偶联剂，包括γ
‑
氨丙基三乙氧基硅烷，γ
‑
(2,3
‑
环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷，γ
‑
甲基丙烯酰氧基丙基，乙烯基三乙氧基硅烷，乙烯基三甲氧基硅烷，十六烷基三甲氧基硅烷中的一种或两种以上混合物。
[0013]优选地，所述导热填料表面处理方法：将硅烷偶联剂与乙醇和水的混合物按照一定比例混合，充分搅拌后加入需要改性的填料，在60
‑
90
°
C搅拌1
‑
5h后过滤分离，烘干处理，得到表面改性的填料；所述硅烷偶联剂占填料重量比为0.2
‑
1.0%。
[0014]上述高导热材料的制备方法，对混合好的复合材料浆料施加不同频率和强度的电场，使纤维在电场的介电力作用下发生偏转，直至固化完成。
[0015]优选地，所述高导热材料的制备方法，包括以下步骤：（1）导热填料碳纤维、球形石墨、球形陶瓷微粉的表面改性；（2）将硅胶基体乙烯基硅油、含氢硅油、抑制剂真空搅拌均匀，得到混合液A；（3）步骤（1）表面改性后的球形陶瓷微粉，加入到步骤（2）的混合液A中，真空搅拌均匀，得到混合液B；（4）步骤（1）表面改性后碳纤维、球形石墨加入到步骤（3）的混合液B中，加入硅胶基体的催化剂，真空搅拌均匀，得到混合液C；（5）将步骤（4）的混合液转移至模具中，两侧分别接上正负两极，施加电场；烘干固化，即得高导热材料。
[0016]本专利技术通过在碳纤维间隙填充球形石墨和球形陶瓷微粉，构建连续的导热网络，实现热量在不同纤维之间的快速传导；通过不同粒径的球形石墨和陶瓷微粉进行复配，发挥比单一粒径的填料和单一种类的填料更大的作用，利于导热通道的形成；采用表面改性处理改善填料与硅胶之间的界面结合状况，既促进热量在界面处的扩散传输，又能增强硅胶垫片的力学性能；采用部分球形石墨取代传统球形陶瓷微粉，既能提升垫片的热导率，又能降低垫片的原材料成本，利用工业化应用。
[0017]与现有技术相比，本专利技术的优点是：1. 导热性好通过施加静电场作用促使碳纤维在导热方向的定向排列，实现热量的高效传导；通过在碳纤维间隙填充球形石墨和球形陶瓷微粉，构建连续的导热网络，实现热量在不同纤维之间的快速传导；通过不同粒径的球形石墨和陶瓷微粉进行复配，发挥比单一粒径的填料和单一种类的填料更大的作用，利于导热通道的形成。
[0018]2. 导热材料力学性能好表面改性处理改善填料与硅胶之间的界面结合状况，既促进热量在界面处的扩散传输，又能增强硅胶垫片的力学性能；碳基填料的加入不仅能提高导热能力，也不会破坏垫片对回弹性、柔软性的要求，能广泛应用于各种电子设备领域。
[0019]3. 成本低采用部分球形石墨取代传统球形陶瓷微粉，既能提升垫片的热导率，又能降低垫片的原材料成本，利用工业化应用。
附图说明
[0020]图1为导热垫片的结构示意图；图2为本专利技术实施例1所制备导热垫片的（a）正面图和（b）侧面图。
具体实施方式
[0021]以下结合具体实施例对本专利技术做进一步详细描述，但本专利技术的实施方式不限于此。
[0022]实施例1一种高导热材料的制备方法，包括以下步骤：步骤1：对氧化铝颗粒、球形石墨、碳纤维填料进行表面处理。配制质本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高导热材料，其特征在于，原料包括硅胶基体和导热填料；所述导热填料包括碳纤维、球形石墨、球形陶瓷微粉；所述碳纤维在导热性片材的厚度方向取向；所述的球形石墨和球形陶瓷微粉均匀分布在硅胶基体中。2.根据权利要求1所述的高导热材料，其特征在于，所述原料包含以重量份计的100
‑
200份硅胶、200
‑
800份碳纤维、500
‑
1000份球形石墨和800
‑
1500份球形陶瓷微粉。3.根据权利要求1所述的高导热材料，其特征在于，所述的硅胶基体包括以下重量份原料：乙烯基硅油100份，含氢硅油5~10份，催化剂1~3份，抑制剂0.1~0.5份，其中催化剂优选铂金络合剂，抑制剂优选乙炔环己醇。4. 根据权利要求1所述的高导热材料，其特征在于，所述的碳纤维为表面改性的高导热沥青基碳纤维，所述碳纤维的热导率为200
‑
1200 W/mK，平均直径为5
‑
20
µ
m，长度为50
‑
400
µ
m。5.根据权利要求1所述的高导热材料，其特征在于，所述的球形石墨为表面改性的天然或人造球形石墨，所述球形石墨的粒径为5
‑
30μm，优选三种以上不同粒径的球形石墨复配而成。6.根据权利要求1所述的高导热材料，其特征在于，所述球形陶瓷微粉为表面改性的氧化铝、氧化锌、氮化硼、氮化铝、碳化硅中一种或者多种以上混合，平均粒径为1
‑
10μm，优选两种以上不同粒径的陶瓷微粉复配而成。7.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩飞，黄敏，孔泥早，刘金水，叶崇，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：