[發明專利]一種石墨膜疊層復合板材及其制備方法

在審

• 申請號: 201811047922.2
• 申請日: 2018-09-06
• 公開（公告）號: CN109177368A
• 公開（公告）日: 2019-01-11
• 發明（設計）人: 吳海華;鐘紀紅;彭建輝;王曹文;王亞迪;孫瑜;陳奎
• 申請（專利權）人: 三峽大學
• 主分類號: B32B9/00
• 分類號: B32B9/00;B32B9/04;B32B3/24;B32B7/12;B32B37/12;B32B37/06;C08L61/06;C08K3/36;C08K3/38
• 代理公司: 宜昌市三峽專利事務所 42103
• 代理人: 成鋼

本發明提供一種具有多層結構的石墨膜疊層復合板材及其制備方法。該復合板材包括多個石墨膜層和改性酚醛樹脂層，它們交替層疊在一起，石墨膜層數不少于3，改性酚醛樹脂層數不少于2。該復合材料制備過程包括高導熱石墨膜預處理、改性酚醛樹脂液制備、半固化片制備、高導熱石墨膜與半固化片組裝、熱壓固化成型和高溫熱壓成型等工藝環節。所提供的制備方法工藝過程簡單、容易規模化生產、成本低。該復合板材在X、Y、Z軸方向上均有較高的導熱系數，能把集中于一點上的熱量快速傳導到散熱器上，有效地防止電子終端局部過熱現象，同時具有低密度、低膨脹、耐高溫和耐腐蝕等特點，在電子元器件熱管理領域具有廣闊的應用前景。

技術領域

本發明屬于無機非材料成形制造技術領域，具體涉及一種多層石墨膜疊層復合板材及其制備方法。

背景技術

隨著科學技術的迅猛發展，導熱散熱問題已成為航天航空、計算機、智能手機和電子工業領域發展的關鍵。航天飛行器電子設備日趨小型化、輕量化、結構緊湊化、運行高效化，運行過程中不可避免地會產生、積累大量熱量。大型計算機、筆記本電腦的CPU及許多民用電器裝置(如LED燈具、投影儀)的性能不斷提升、電子元器件集成度高，使系統產生的熱量驟增，這些熱量如不能及時導出，電子元器件的使用壽命及工作穩定性就會受到嚴重影響。

常用熱管理材料主要有金屬、導熱硅脂/導熱硅膠、塑料和無機非金屬陶瓷材料等。金屬材料具有導熱性能好、易切削加工等優點，比如純銅的導熱系數為398W/m·K，純鋁的為237W/m·K，通過合金化處理后可以提高其強度，但會對導熱系數略有影響，但金屬材料的密度大、耐腐蝕能力差、熱膨脹系數高(銅合金約為16.7×10^-6/K，鋁合金約為23×10^-6/K)，這限制了其工程應用。將鎢或鉬與銅復合在一起，可以獲得熱膨脹系數略低(約為9.0～9.8×10^-6/K)等如鎢銅、鉬銅、銅/鉬/銅和銅/鉬銅/銅等熱沉材料，但受到鎢(129W/m·K)、鉬(160W/m·K)的影響，熱沉材料導熱性能會有所下降。塑料材料的密度低，耐腐蝕能力和耐候性能好，但高分子材料熱導率非常低，僅0.1-0.4W/m·K左右。導熱硅脂/導熱硅膠片的導熱系數一般在3W/m·K以下，將金粉、銀粉或金剛石微粉等導熱填料添加其中，可以使之達到6W/m·K，但生產成本也會大幅度上升，此外，因有機粘接劑的存在，難以適應高溫工作環境。無機非金屬陶瓷材料耐高溫能力強，導熱系數也可達100-200W/m·K，但其制備工藝復雜、成本高，不適合大規模工業應用。

高導熱石墨膜材是近年來開發的新型導熱散熱材料，按來源分，它包括人工合成石墨膜和天然石墨膜兩類，前者是以聚酰亞胺膜為原材料在特殊的工藝條件下經基材處理、碳化、石墨化、壓延而獲得的；后者是以高純高倍率可膨脹石墨為原料，經高溫膨化、物氣分離、反復壓制而獲得的。作為二維導熱散熱材料，高導熱石墨膜具有厚度薄、重量輕、耐高溫、熱膨脹系數小、導熱導電性佳、化學性能穩定、可塑性大等特點，在物理屬性、工藝性能及成本方面全面超越傳統的熱管理材料，擁有十分廣闊的應用前景。通常，天然石墨膜在水平方向即X-Y方向的導熱系數為200～600W/m·K，而人工合成石墨膜X-Y方向的導熱系數可以達到700～1750W/m·K，遠高于傳統的導熱散熱材料，也就是說，石墨膜可以更快將熱量傳遞出去。然而，石墨膜在Z軸方向的導熱系數較低，僅2.0～10.0W/m·K，幾乎起到了隔熱的效果；此外，高導熱石墨膜抗拉強度低，一般小于5MPa，極易破損。導熱散熱材料實際散熱效果與其橫截面積有關，因此，盡管石墨膜的導熱性能非常優異，但橫截面積小(因石墨膜的厚度較小，通常在0.2mm以下)，其應用領域也非常有限。