一种复合相变材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种复合相变材料及其制备方法和应用，属于复合材料储热技术领域。本发明专利技术利用聚多巴胺附着的碳纤维与相变纳米胶囊均为导热填料，解决了现有技术中导热填料与基体(聚二甲基硅氧烷预聚物)直接混合造成界面结合强度低，导热性能赶不上预期值的问题，尤其是在填料高负载下，这类问题更会使得复合材料力学性能变差，表现为硬度高，不利于与刚性界面形成良好接触，而聚多巴胺附着的碳纤维粗糙度大，含有羟基和氨基官能团，可以与基体形成物理互锁效应和氢键，有效改善导热填料与基体之间的界面相容性，避免填料与基体之间出现孔洞，减少声子散射，从而提升导热性能，降低导热填料与基体之间的界面热阻。热填料与基体之间的界面热阻。热填料与基体之间的界面热阻。

【技术实现步骤摘要】
一种复合相变材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及复合材料储热
，尤其涉及一种复合相变材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]相变材料是指在相态转变过程中吸收或释放大量潜热的物质，是潜热储热技术的工作介质。将相变材料引入热界面材料有望获得兼具导热和储热功能的新型热界面材料，即相变热界面材料。将相变材料引入热界面材料的途径主要有两种：一种是直接将固
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液相变材料混入热界面材料中，借助温度上升致使固
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液相变发生所得的液态相变材料来改善相变热界面材料的界面润湿性乃至减小热阻；然而，鉴于液态相变材料存在流动和泄漏的风险，该种途径引入的相变材料含量通常较少。另一种策略是，先将固
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液相变材料进行封装制备得到相变胶囊，然后再将相变胶囊引入到热界面材料中，制备相变热界面材料。只将相变胶囊引入聚合物基料，所得的相变热界面材料存在热导率低的不足。引入高导热填料可以提升复合材料导热性能。但导热填料表面光滑且具有化学惰性，所以填料与基体之间出现孔洞，引起声子散射，界面问题影响导热系数达不到预期效果，难以适应如今高效热管理的需求。因此，需要对导热填料进行表面处理，增强填料与基体之间的相容性，促进热传导。常用的表面处理如氧化和超声波振动等，都会降低填料的机械性能和导热性能，存在很大的缺陷。
[0003]中国专利CN107815286A公开了用硅烷偶联剂处理导热填料，改善相容性，但是填料改性效果仅体现在热导率上。针对于硬度方面，添加了导热填料使得复合材料柔顺性降低，不利于填充刚性界面间隙；CN114774086A公开了无机壳纳米胶囊可以与聚二甲基硅氧烷的固化剂之间形成氢键，增强与基体之间相容性，但是导热填料未经处理直接加入，得到的复合材料导热系数低。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种复合相变材料及其制备方法和应用。本专利技术制得的复合相变材料具有低硬度、高导热性能。
[0005]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0006]本专利技术提供了一种复合相变材料，由包括以下质量百分含量的原料制得：相变纳米胶囊5％～15％、聚多巴胺附着的碳纤维20％、聚二甲基硅氧烷预聚物59.09％～68.18％和固化剂5.91％～6.82％。
[0007]优选地，所述相变纳米胶囊为石蜡@二氧化硅相变纳米胶囊，所述石蜡@二氧化硅相变纳米胶囊以二氧化硅为壳，以石蜡为核。
[0008]优选地，所述石蜡@二氧化硅相变纳米胶囊中石蜡与二氧化硅的质量比为5～15：7.5～15。
[0009]优选地，所述石蜡@二氧化硅相变纳米胶囊的平均粒径为800～1000nm，相变温度
为66～70℃，相变潜热为80～140J/g。
[0010]优选地，所述聚多巴胺附着的碳纤维中聚多巴胺与碳纤维的质量比为0.02～0.18：1～10。
[0011]优选地，所述固化剂包括含氢硅油。
[0012]优选地，所述复合相变材料的相变焓值为6～21J/g，热导率为1.39～1.66W/(m
·
K)，室温硬度为15～35HA。
[0013]本专利技术还提供了上述技术方案所述的复合相变材料的制备方法，包括以下步骤：
[0014]将相变纳米胶囊、聚多巴胺附着的碳纤维、聚二甲基硅氧烷预聚物和固化剂混合后依次进行脱泡和固化成型，得到所述复合相变材料。
[0015]优选地，所述固化成型的温度为25～40℃，时间为48～72h。
[0016]本专利技术还提供了上述技术方案所述的复合相变材料或上述技术方案所述的制备方法制得的复合相变材料在芯片热管理中的应用。
[0017]本专利技术提供了一种复合相变材料，由包括以下质量百分含量的原料制得：相变纳米胶囊5％～15％、聚多巴胺附着的碳纤维20％、聚二甲基硅氧烷预聚物59.09％～68.18％和固化剂5.91％～6.82％。
[0018]本专利技术的有益效果如下：
[0019]本专利技术利用聚多巴胺附着的碳纤维与相变纳米胶囊均为导热填料，解决了现有技术中导热填料与基体(聚二甲基硅氧烷预聚物)直接混合造成界面结合强度低，导热性能赶不上预期值的问题，尤其是在填料高负载下，这类问题更会使得复合材料力学性能变差，表现为硬度高，不利于与刚性界面形成良好接触，而聚多巴胺附着的碳纤维粗糙度大，含有羟基和氨基官能团，可以与基体形成物理互锁效应和氢键，有效改善导热填料与基体之间的界面相容性，避免填料与基体之间出现孔洞，减少声子散射，从而提升导热性能，降低导热填料与基体之间的界面热阻；且聚多巴胺附着的碳纤维与相变纳米胶囊直接使用，增强了导热填料在基体中的分散性，减少了导热填料与基体之间的孔隙，进而降低了导热填料与基体之间的界面热阻，同时，相变纳米胶囊也与基体形成氢键，降低基体交联密度，显著降低复合相变材料的硬度，最终制备得到低硬度高导热定形复合相变材料。
[0020]本专利技术提供的复合相变材料的相变焓值为6～21J/g，热导率为1.39～1.66W/(m
·
K)，室温硬度为15～35HA。
[0021]本专利技术还提供了上述技术方案所述复合相变材料的制备方法，本专利技术的制备方法简单、易行，易于实现工业化生产。
[0022]本专利技术还提供了上述技术方案所述的复合相变材料在芯片热管理中的应用，低硬度的复合相变材料能够实现良好的界面接触，能快速将热量传导出去，并能够借助吸热来减少芯片发热量，使芯片温度曲线更加平滑。
附图说明
[0023]图1为本专利技术实施例中复合相变材料的制备流程图；
[0024]图2为本专利技术制得的石蜡@二氧化硅纳米胶囊微观形貌图；
[0025]图3为本专利技术原始碳纤维和聚多巴胺附着的碳纤维微观形貌对比图；
[0026]图4为本专利技术低硬度高导热定形复合相变材料进行芯片热管理应用的示意图；
[0027]图5为本专利技术实施例3的复合相变材料与对比例的芯片温度变化曲线对比图；
[0028]图6为本专利技术实施例3的复合相变材料与对比例的芯片经过加热/冷却循环后温度变化曲线对比图。
具体实施方式
[0029]本专利技术提供了一种复合相变材料，由包括以下质量百分含量的原料制得：相变纳米胶囊5％～15％、聚多巴胺附着的碳纤维20％、聚二甲基硅氧烷预聚物59.09％～68.18％和固化剂5.91％～6.82％。
[0030]在本专利技术中，所述原料的质量百分含量之和为100％。
[0031]在本专利技术中，所述原料中相变纳米胶囊的质量百分含量优选为8～10％。
[0032]在本专利技术中，所述相变纳米胶囊优选为石蜡@二氧化硅相变纳米胶囊，所述石蜡@二氧化硅相变纳米胶囊以二氧化硅为壳，以石蜡为核。
[0033]在本专利技术中，所述石蜡@二氧化硅相变纳米胶囊中石蜡与二氧化硅的质量比优选为5～15：7.5～15。
[0034]在本专利技术中，所述石蜡@二氧化硅相变纳米胶囊本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合相变材料，其特征在于，由包括以下质量百分含量的原料制得：相变纳米胶囊5％～15％、聚多巴胺附着的碳纤维20％、聚二甲基硅氧烷预聚物59.09％～68.18％和固化剂5.91％～6.82％。2.根据权利要求1所述的复合相变材料，其特征在于，所述相变纳米胶囊为石蜡@二氧化硅相变纳米胶囊，所述石蜡@二氧化硅相变纳米胶囊以二氧化硅为壳，以石蜡为核。3.根据权利要求2所述的复合相变材料，其特征在于，所述石蜡@二氧化硅相变纳米胶囊中石蜡与二氧化硅的质量比为5～15：7.5～15。4.根据权利要求2所述的复合相变材料，其特征在于，所述石蜡@二氧化硅相变纳米胶囊的平均粒径为800～1000nm，相变温度为66～70℃，相变潜热为80～140J/g。5.根据权利要求1所述的复合相变材料，其特征在于，所述聚多巴胺附着的碳纤维中聚多巴胺...

【专利技术属性】
技术研发人员：方晓明，尹驰，张正国，凌子夜，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：