一种取向型高导热吸波片及其制备方法技术

本发明专利技术涉及导热吸波材料技术领域，具体涉及一种取向型高导热吸波片及其制备方法。原料包含以重量份计的100份柔性高分子材料、100

【技术实现步骤摘要】
一种取向型高导热吸波片及其制备方法


[0001]本专利技术涉及导热吸波材料
，具体涉及一种取向型高导热吸波片及其制备方法。

技术介绍

[0002]人们在通过导热垫片解决散热问题的同时，发现电子设备的电磁污染、信息泄露等问题也变得越来越严重。首先，密闭环境中具有电磁辐射及高产热的电子元器件，其自身在工作时会向外界发射电磁辐射，会对周围设备造成电磁干扰。而导热硅橡胶已经占据了厚度空间，结构上已经没有多余的厚度空间允许使用吸波材料。导热吸波材料应运而生，导热吸波材料是一种兼具热传导和电磁兼容双重功能的新型材料，用于光通讯、服务器、5G通讯设备、信号接收模块等核心电子器件内部。
[0003]目前导热系数高于8w/mk的垫片，其普遍力学强度差，具体表现在不易成型，垫片柔软性和韧性差，材料结合松散，弯曲易断裂，同时导热垫片固有的反复撕揭的易操作性也受到限制。另外在大部分电子封装场合，需要垫片具有一定的绝缘性能，具有承受较高的击穿电压，即使在一定电压条件下工作，也不会因为电压击穿导致设备短路和损毁。因此，如何获取兼具高导热系数、良好绝缘性能以及优异吸波特性的热界面材料是当前电子封装领域所面临的重大挑战。

技术实现思路

[0004]针对上述导热吸波材料存在的问题，本申请通过在碳纤维表面包覆陶瓷绝缘涂层，利用电场力和剪切力作用使碳纤维在厚度方向上取向；再结合磁性粉体填料的作用，得到具有较高击穿电压和导热系数高、吸波性能优异的各项异性材料。
[0005]本专利技术采用如下方案：一种取向型高导热吸波片，原料包含以重量份计的100份柔性高分子材料、100
‑
400份绝缘碳纤维、300~800份导热和磁性填料，利用剪切力和电场力协同作用使其在厚度方向上高度取向；所述的绝缘碳纤维为在碳纤维表面包覆陶瓷绝缘涂层。
[0006]优选地，所述的柔性材料为含100~150重量份乙烯基硅油、2~6重量份的侧含氢硅油、0.5~1.5重量份的铂金催化剂，所述乙烯基硅油的粘度在100~10000mPa.s。
[0007]优选地，所述的填料包括陶瓷粉和磁性粉，陶瓷粉为氧化铝、氮化铝、碳化硅、氮化硅、氮化硼、氧化锌中的一种或多种，磁性粉为铁氧体、羰基铁、氧化铁、铁硅铝、铁硅镍中的一种或多种；所述碳纤维为粉末状，纤维平均长度为50~500μm。
[0008]优选地，所述的绝缘碳纤维为绝缘石墨纤维；所述的陶瓷绝缘涂层为碳化硅或氮化硅的涂层。
[0009]优选地，所述的陶瓷绝缘涂层的制备方法，包括以下步骤：Si粉和碳纤维粉混合均匀，Ar或N2气氛下，1200
‑
1800℃处理1
‑
8h；所述的Si粉和碳纤维粉质量比为：0.05
‑
1:1。
[0010]上述取向型高导热吸波片的制备方法，包括以下步骤：（1）制备预备料：将绝缘碳纤维和导热填料均匀混合在柔性高分子材料中，制备预备料；（2）剪切取向：上述预备料通过挤出机挤出使碳纤维在流动方向上取向，挤出料均匀平整排列于模具中；（3）电场取向：在模具两端施加0.5~10KV/mm场强的交流电压，进行电场取向；电场方向与碳纤维流动方向平行；（4）热压固化：通过热压机对取向后的预备料施加压力，通过控制温度将材料定型固化；（5）裁切成片：根据应用要求，对复合材料块体进行切片处理，切片厚度为0.3~3mm，获得碳纤维导热吸波片材。
[0011]优选地，进行剪切取向前，还包含将混合均匀后的预备料在真空干燥箱中进行抽真空的步骤，真空箱真空度为
‑
0.1Mpa，抽真空时间为10~15min。
[0012]优选地，步骤（3）所述的挤出机为螺杆挤出机，挤出嘴为栅栏式挤出嘴，所述栅栏挤出嘴单个孔隙截面积≤100mm2，挤出嘴长度≥30mm，孔隙间壁厚≤0.5mm。
[0013]优选地，步骤（5）热压固化的条件为：压力为1MPa~4MPa，温度为80~180℃，固化时间为1~8h。
[0014]上述取向型高导热吸波片在通讯基站、光模块、服务器上的应用。
附图说明
[0015]图1为实施例1制备的绝缘碳纤维的SEM图；图2为实施例1制备的高取向碳纤维导热吸波垫片的SEM图；图3为实施例1制备的碳纤维垫片的反射率图片。
[0016]本专利技术的有益效果：1、本专利技术所述的制备方法通过剪切力作用使碳纤维在流动方向上获得一定取向，同时通过施加与碳纤维流动方向平行的电场改善剪切取向过程中取向程度不均匀的问题，再结合碳纤维表面涂覆绝缘层，改善了施加电场时碳纤维易被击穿的问题，可以提供更高的交流电压场，促进碳纤维进行取向排列；获得近似垂直的高取向度的导热吸波性能优异片材。
[0017]2、本专利技术所述的取向型高导热碳纤维片材包括了柔性高分子材料、无机导热填料和碳纤维，导热填料通过复配混合在柔性高分子材料中，形成导热网络，使碳纤维更好地在流动方向上取向，是一种兼顾了导热性能、绝缘性能和柔性的片材；同时经过填料和绝缘层的保护作用，提升整体的击穿电压，扩大了导热垫片的应用领域。
[0018]3、该垫片兼具优异的导热和吸波性能，碳纤维取向结构利于电磁波的反射电损耗，碳纤维表面陶瓷绝缘层促进电磁波介电损耗，再结合添加的磁性填料提供磁损耗功能，整体垫片实现多种电磁波损耗，因而具有突出的吸波特性。
具体实施方式
[0019]为了更清楚地说明本专利技术的技术方案，下面结合实施例对本专利技术进行进一步描
述。应当理解的是，本专利技术的实施并不局限于下面的实施例，对本专利技术所做的任何形式上的变通和、或改变都将落于本专利技术保护范围。以下各实施例，所采用的的设备及原料等均可以从市场购得或是本领域常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。
[0020]实施例1一种取向型碳纤维导热吸波片， 制备方法如下：碳纤维表面包覆绝缘涂层的步骤：Si粉1kg和2kg碳纤维粉混合均匀，石墨坩埚为容器，之后放入高温炉，惰性Ar气氛下1500℃处理5h；柔性材料为含1.2 kg 的乙烯基硅油、40g的侧含氢硅油、10g的铂金催化剂，所述乙烯基硅油的粘度在500mPa.s。
[0021]制备导热性预备料的步骤：分别将1kg柔性材料、2.5kg绝缘碳纤维、5kg导热填料（1kg氮化硅和4kg铁硅铝的混合物）通过高速搅拌机混合均匀，得到导热性预备料；剪切取向步骤：将混合均匀的预备料放在真空度为
‑
0.1Mpa的真空干燥箱中抽真空15min，通过挤出机挤出使碳纤维在流动方向上取向，挤出料均匀平整排列于模具中，所述所述挤出机为螺杆挤出机，挤出嘴为栅栏式挤出嘴，所述栅栏挤出嘴单个孔隙截面积为7mm2，挤出嘴长度为60mm，壁厚为0.2mm；电场取向步骤：在模具两端施加5KV/mm场强的交流电压，电场施加时间为3000s，进行电场取向；热压固化步骤：通过热压机对取向后的预备料施加2MPa的压力，控制温度在100℃进行固化5h，成型。
[0022]对比例1本实施例未本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种取向型高导热吸波片，其特征在于，原料包含以重量份计的100份柔性高分子材料、100
‑
400份绝缘碳纤维、300~800份导热和磁性填料，利用剪切力和电场力协同作用使其在厚度方向上高度取向；所述的绝缘碳纤维为在碳纤维表面包覆陶瓷绝缘涂层。2.根据权利要求1所述的取向型高导热吸波片，其特征在于，所述的柔性材料为含100~150重量份乙烯基硅油、2~6重量份的侧含氢硅油、0.5~1.5重量份的铂金催化剂，所述乙烯基硅油的粘度在100~10000mPa.s。3.根据权利要求1所述的取向型高导热吸波片，其特征在于，所述的填料包括陶瓷粉和磁性粉，陶瓷粉为氧化铝、氮化铝、碳化硅、氮化硅、氮化硼、氧化锌中的一种或多种，磁性粉为铁氧体、羰基铁、氧化铁、铁硅铝、铁硅镍中的一种或多种；所述碳纤维为粉末状，纤维平均长度为50~500μm。4.根据权利要求1所述的取向型高导热吸波片，其特征在于，所述的绝缘碳纤维为绝缘石墨纤维；所述的陶瓷绝缘涂层为碳化硅或氮化硅的涂层。5.根据权利要求4所述的取向型高导热吸波片，其特征在于，所述的陶瓷绝缘涂层的制备方法，包括以下步骤：Si粉和碳纤维粉混合均匀，Ar或N2气氛下，1200
‑
1800℃处理1
‑
8h；所述的Si粉和碳纤维粉质量比为0.05
‑
1...

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