【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及热界面材料，具体而言，涉及一种二氧化硅包覆碳纤维材料、热界面材料及其制备方法。
技术介绍
1、随着电子设备的小型化和高功率化发展，电子设备的单位发热量迅速增加。散热问题已成为了限制电子设备性能、可靠性和寿命的关键问题之一。由于电子设备性能受温度影响较大，当热量无法及时散出时，电子设备的效率会降低甚至损坏。
2、导热垫片是当前应用较为广泛的一种热界面材料，其因为易裁切、易拆卸的优点而被广泛应用到电子设备散热中，传统的导热垫片依靠向基体中大量填充导热填料氧化铝等来增强热界面材料的导热率，由于导热填料固有的低导热系数，导致导热垫片的导热率通常在10w/(mk)以下，难以满足5g时代高功率电子设备的散热要求。碳纤维在其轴向上有着约900w/(mk)的导热系数，为充分利用碳纤维的轴向高导热系数，可以采用填料定向的方法将导热垫片的热导率提高到20w/(mk)以上。但是，碳纤维的添加也会大幅降低导热垫片的绝缘性，难以应用在一些对绝缘要求高的场合。
3、鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种二氧化硅包覆碳纤维材料、热界面材料及其制备方法，以解决或改善上述技术问题。
2、本申请可这样实现：
3、第一方面，本申请提供一种二氧化硅包覆碳纤维材料，其包括碳纤维以及包覆于碳纤维表面的绝缘涂层；
4、绝缘涂层的主要作用成分包括二氧化硅纳米颗粒，绝缘涂层致密且厚度均匀。
5、在可选的实施方式
6、特征一：碳纤维的直径为1-20μm，长度为50-500μm；
7、特征二：二氧化硅纳米颗粒的粒径为0.5-3μm；
8、特征三：绝缘涂层的厚度为0.1-3μm；
9、特征四：每根碳纤维与其表面包覆的二氧化硅颗粒的质量比为100:0.2-100:1。
10、第二方面，本申请提供一种如前述实施方式的二氧化硅包覆碳纤维材料的制备方法，包括以下步骤：于碳纤维的表面包覆绝缘涂层。
11、在可选的实施方式中，在包覆绝缘涂层之前，先对碳纤维进行去胶处理。
12、在可选的实施方式中，去胶处理包括：将碳纤维在有机物水溶液中搅拌。
13、在可选的实施方式中，去胶处理包括以下特征中的至少一种：
14、特征一：处理温度为20-40℃；
15、特征二：搅拌时间为60-120min，搅拌转速为300-1000rpm；
16、特征三：有机物水溶液中，有机物的体积百分数为5-99％；
17、特征四：有机物水溶液中，有机物包括甲醇、乙醇、丙酮和乙酸乙酯中的至少一种。
18、在可选的实施方式中，包覆过程包括：将去胶处理后的碳纤维、表面活性剂、硅源、醇溶液以及催化剂混合，随后固液分离，收集固体物。
19、在可选的实施方式中，先于由有机醇和水形成的醇溶液中加入碳纤维，得到碳纤维悬浮液；随后向碳纤维悬浮液中加入表面活性剂，滴加催化剂并调节体系的ph值为碱性；再加入硅源溶液以使硅源水解并在碳纤维表面生成二氧化硅。
20、在可选的实施方式中，水解温度为20-35℃，水解时间为12-24h，水解ph值为7.1-14.0。
21、在可选的实施方式中，有机醇包括甲醇、乙醇、乙二醇、丙醇和丙二醇中的至少一种。
22、在可选的实施方式中，醇溶液中有机醇与水的体积比为4:1至8:1。
23、在可选的实施方式中，碳纤维悬浮液中，碳纤维与醇溶液的用量比为0.1g:500ml-50g:500ml。
24、在可选的实施方式中，表面活性剂为阳离子表面活性剂。
25、在可选的实施方式中，阳离子表面活性剂包括十二烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基二甲基卞基溴化铵、十二烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基氯化铵、十八烷基三甲基氯化铵和十二烷基二甲基卞基氯化铵中的至少一种。
26、在可选的实施方式中，催化剂包括氨水、naoh溶液、koh溶液和ca(oh)2中的至少一种。
27、在可选的实施方式中，催化剂为氨水。
28、在可选的实施方式中，氨水的质量分数为10wt％-32wt％。
29、在可选的实施方式中，硅源溶液中的硅源包括原硅酸四乙酯和硅酸钠中的至少一种。
30、在可选的实施方式中，硅源溶液中硅源的质量分数为90-99.999％。
31、在可选的实施方式中，硅源溶液的滴加速度为0.1ml/s-20.0ml/s。
32、第三方面，本申请提供一种热界面材料，其制备原料包括前述实施方式的二氧化硅包覆碳纤维材料。
33、在可选的实施方式中，二氧化硅包覆碳纤维占热界面材料的体积的10-40％。
34、在可选的实施方式中，热界面材料为绝缘导热垫片。
35、在可选的实施方式中，热界面材料的制备原料还包括聚硅氧烷基体、导热增强填料、抑制剂以及催化剂。
36、在可选的实施方式中，以质量份数计，热界面材料的制备原料包括100份的聚硅氧烷基体、10-200份的二氧化硅包覆碳纤维、200-600份的导热增强填料、0.01-0.1份的抑制剂以及1-10份的催化剂。
37、在可选的实施方式中，导热增强填料为绝缘陶瓷材料。
38、在可选的实施方式中，导热增强填料包括氧化铝、氧化锌、氮化硼、碳化硅、氮化铝和氮化硅中的至少一种。
39、在可选的实施方式中，导热增强填料为球形或非球形的粉体。
40、在可选的实施方式中，导热增强填料的粒径为0.1-100μm。
41、在可选的实施方式中，催化剂为铂金催化剂。
42、在可选的实施方式中，催化剂的浓度为100-5000ppm。
43、在可选的实施方式中，抑制剂为炔醇类抑制剂。
44、在可选的实施方式中，抑制剂包括1-乙炔环己醇和3,5-二甲基-1-己炔-3-醇中的至少一种。
45、第四方面，本申请提供一种如前述实施方式任一项的热界面材料的制备方法，包括以下步骤：将热界面材料的制备原料混合后进行磁场取向，随后固化。
46、在可选的实施方式中，磁场取向的磁场强度不低于2t。
47、本申请的有益效果包括：
48、本申请提供了一种二氧化硅包覆碳纤维材料，其所具有的绝缘涂层致密且厚度均匀。该二氧化硅包覆碳纤维材料具有较佳的绝缘能力。将该二氧化硅包覆碳纤维材料制备成热界面材料，有利于提高碳纤维与聚合物基体的相容性，减少碳纤维与聚合物基体间的界面热阻，可以有效提升热界面材料的导热性能和绝缘性能，所得的热界面材料具有柔软、高导热性、绝缘性好等特点。上述材料的制备方法简单，易操作，环保安全。
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1.一种二氧化硅包覆碳纤维材料，其特征在于，所述二氧化硅包覆碳纤维材料包括碳纤维以及包覆于所述碳纤维表面的绝缘涂层；
2.根据权利要求1所述的二氧化硅包覆碳纤维材料，其特征在于，所述二氧化硅包覆碳纤维材料具有以下特征中的至少一种：
3.一种如权利要求1或2所述的二氧化硅包覆碳纤维材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：于所述碳纤维的表面包覆所述绝缘涂层。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，在包覆所述绝缘涂层之前，先对所述碳纤维进行去胶处理；
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，包覆过程包括：将去胶处理后的碳纤维、表面活性剂、硅源、醇溶液以及催化剂混合，随后固液分离，收集固体物；
6.一种热界面材料，其特征在于，所述热界面材料的制备原料包括权利要求1或2所述的二氧化硅包覆碳纤维材料；
7.根据权利要求6所述的热界面材料，其特征在于，所述热界面材料的制备原料还包括聚硅氧烷基体、导热增强填料、抑制剂以及催化剂；
8.根据权利要求7所述的热界面材料，其特征在于，所述导热增强填料为绝
9.根据权利要求7所述的热界面材料，其特征在于，所述催化剂为铂金催化剂；和/或，所述抑制剂为炔醇类抑制剂；
10.一种如权利要求6-9任一项所述的热界面材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将所述热界面材料的制备原料混合后进行磁场取向，随后固化；
...【技术特征摘要】
1.一种二氧化硅包覆碳纤维材料，其特征在于，所述二氧化硅包覆碳纤维材料包括碳纤维以及包覆于所述碳纤维表面的绝缘涂层；
2.根据权利要求1所述的二氧化硅包覆碳纤维材料，其特征在于，所述二氧化硅包覆碳纤维材料具有以下特征中的至少一种：
3.一种如权利要求1或2所述的二氧化硅包覆碳纤维材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：于所述碳纤维的表面包覆所述绝缘涂层。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，在包覆所述绝缘涂层之前，先对所述碳纤维进行去胶处理；
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，包覆过程包括：将去胶处理后的碳纤维、表面活性剂、硅源、醇溶液以及催化剂混合，随后固液分离...
【专利技术属性】
技术研发人员：林贵平，袁康，郭元东，李桐，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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