[發明專利]一種網狀蜘蛛絲填充水凝膠的高導熱絕緣彈性體熱界面材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201910732891.2
• 申請日: 2019-08-09
• 公開（公告）號: CN110498937B
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發明（設計）人: 于偉;陳程;楊杰;王德兵;徐廣橋
• 申請（專利權）人: 上海第二工業大學
• 主分類號: C08J3/075
• 分類號: C08J3/075;C08L33/02;C08L1/28;C09K5/14
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 王潔平

本發明公開了一種網狀蜘蛛絲填充水凝膠的高導熱絕緣彈性體熱界面材料及其制備方法。本發明的高導熱絕緣彈性體熱界面材料的制備方法包括：在具有多層網狀蜘蛛絲堆疊的單體自由基聚合引發劑懸浮液的非均相體系中，倒入羥乙基纖維素和丙烯酸的均勻混合液，在高溫環境中反應制得彈性體熱界面材料。該方法工藝簡單；獲得的網狀蜘蛛絲填充水凝膠的高導熱絕緣彈性體熱界面材料具有優異的導熱性能、柔韌性能和絕緣性能，在電子元件和散熱器件方面應用更具優勢。

技術領域

本發明涉及彈性體熱界面材料技術領域，尤其涉及一種網狀蜘蛛絲填充水凝膠的高導熱絕緣彈性體熱界面材料及其制備方法。

背景技術

近年來，隨著電子技術發展突飛猛進，電子產品性能日益提高，其微型化、集成化、密集化程度亦不斷增高，與此同時電子產品的消耗功率和發熱量也急劇升高。高溫會使電子設備的穩定性降低，可靠性下降和使用壽命縮短。解決這一問題的方法是使用具有高導熱性的熱界面材料（Thermal Interface Material，TIM）置于發熱電子元件和散熱器之間，占據兩者間的間隙，排除熱傳導率低的空氣，形成高效的傳熱通道來大幅度減小接觸熱阻，提高散熱器的效率最終將熱量及時排出。

導熱彈性體屬于熱界面材料的一種，具有可填充較大面積和較大間隙熱界面、安裝拆卸簡便、可重復利用、阻尼減震等優點，故被廣泛應用。理想的導熱彈性體TIM不僅要求具有高熱導率、低熱膨脹系數，還要求易形變。制備高性能彈性體TIM的關鍵是保障其高效導熱且優良絕緣，而導熱彈性體復合材料的高導熱性主要是來源于導熱填料。導熱填料的填充量大于某個滲逾值后，填料粒子之間開始相互接觸，構成了導熱網鏈，復合材料的導熱性能將明顯提高。另外，與基體的結合界面和粉體粒子的純度對復合材料的導熱性能有重要影響。填料粒子與基體的結合界面會產生界面熱阻，即 Kapitza 熱阻，粒子粒徑的大小與界面熱阻呈反比，界面熱阻越大，材料的導熱性越差；填料粒子的純度較高時，有較少缺陷，雜質少，填充體系的導熱性能夠就較高。

導熱彈性體 TIM 除了必須具有高導熱性外，高柔順和電絕緣性也是非常必要的。高柔順保證在較低安裝壓力條件下 TIM 能夠盡可能地填充接觸表面的空隙，降低接觸面間的接觸熱阻。國內的研究主要致力于提高材料的導熱性能上，對于柔順性卻很少關注，在高柔韌性和高導熱同時兼備方面還很欠缺。

現有關于彈性體TIM的專利以通過導熱填料提升熱導率為主。齊會民等[專利公開號：CN108624056A]發明了一種具有低滲油高導熱系數的膏狀硅脂界面材料。該發明以導熱系數較高的金屬或無機粉狀物為導熱填料，并將其加入有機硅油混合物中，并加入添加劑來降低基礎油的爬油傾向，經三輥研磨機混合均勻，得到均質灰色膏狀物硅脂。鄭金橋等[專利公開號：CN106519700A]利用多面體導熱粉體和添加石墨烯來增加各材料的接觸面，形成有效的導熱網絡結構，增加導熱通道，提高散熱效率，從而提高材料的導熱性能，制備的高導熱石墨烯復合界面材料導熱率高達5.0~7.2 W/m·K，同時通過控制石墨烯的添加量，制備的高導熱石墨烯復合界面材料具有一定的絕緣性能，體積電阻為1010~1013 Ω·cm。在這些專利中，導熱粒子的填充雖在一定程度上提升TIM的熱導率，使工藝成本增加的同時，更關鍵的是引入了結構缺陷，在基體與導熱粒子的結合界面產生了界面熱阻；另外，導熱粒子會增加TIM電絕緣性能下降的可能性，或者對其柔韌性產生影響；而導熱粒子的本征熱導率由于各種因素也不會發揮到極致。我們特別希望的是通過另一類增強相來提升TIM的熱導率，同時兼顧優良的電絕緣性和柔韌性。這就要求從材料選擇上另辟蹊徑。