[發明專利]一種快速成型的各向異性導熱復合材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202210058085.3
• 申請日: 2022-01-19
• 公開（公告）號: CN114350107A
• 公開（公告）日: 2022-04-15
• 發明（設計）人: 孟令輝;王爽;白永平;孫帥
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學無錫新材料研究院;無錫海特新材料研究院有限公司
• 主分類號: C08L61/06
• 分類號: C08L61/06;C08K9/06;C08K9/04;C08K3/04;C08K7/06;C09K5/14
• 代理公司: 無錫永樂唯勤專利代理事務所(普通合伙) 32369
• 代理人: 孫際德

本發明公開了一種快速成型的各向異性導熱復合材料及其制備方法,其中的各向異性導熱復合材料由如下質量份的原料制成：石墨填料50?90份；碳纖維填料2?20份；高分子聚合物基體2?20份；界面改性劑1?3份；有機溶劑1?3份。本發明賦予材料優良的導熱性能和機械性能，在降低成本的同時，保持了相對較高的導熱性能且具有明顯的各向異性，在電子設備散熱和5G基站建設的散熱難問題上提出了新的思路與解決方法。本發明獲得的復合材料能夠快速將熱量散發到更大的面積，散熱效果更好，響應更迅速。

技術領域

本發明涉及導熱材料制備領域，特別是涉及一種快速成型的各向異性導熱復合材料及其制備方法。

背景技術

隨著電子科技的不斷進步和發展，電子設備和各種電器朝著小型便攜化的方向不斷前進，但是提供便利的同時，引發了一系列問題。其中較為突出的是廢熱的消散問題，電子器件運行過程中會產生大量熱能，若不能及時散熱，將會導致局部溫度過高，影響設備的運行效率甚至產生對器件的永久損傷。為了保證機械的穩定高效運行，及時散熱成為機械電子行業的一個焦點。散熱可以分為主動散熱和被動散熱，雖然主動散熱效率較高，但并不能滿足小型化便攜化的發展趨勢，所以需要一種高效的被動散熱方式。被動散熱的核心即材料本身的導熱系數的提高，使得熱量產生的同時便快速擴散，而不需外加設備增加重量負擔便可促進散熱。因此需要散熱材料不僅具有高導熱系數，更要求密度低以實現便攜化的發展要求。

為了實現高效被動散熱，可行的途徑就是開發出一種低成本低密度并且具有高導熱系數的材料，可以滿足設備的機械要求(力學性能優異)的同時擁有著較強的散熱能力，同時低密度的材料可以使其裝備在便攜式電子設備上減輕重量負擔。目前電子設備中采用的散熱材料主要為石墨烯石墨片和聚酰亞胺石墨片，其中單層石墨烯材料導熱系數高達5300W/m·K，但石墨烯價格昂貴、制取困難；聚酰亞胺石墨片由高結晶聚酰亞胺經過一系列高溫碳化、石墨化工序而制成，工序復雜且成本高。隨5G技術的發展，對設備性能要求的不斷提高，器件需要的散熱材料面積快速增加，這意味著制造成本的增加。因此低成本高導熱材料的需求越來越強烈。

高分子聚合物雖然導熱效率很低，大部分是熱的不良導體，但是通過改性或導熱粒子的填充，可以實現導熱率的大幅度提高，并且保留了高分子材料耐化學性好、成型工藝簡單、輕質高強的特點。Ouyang,Yuge等采用支氧化鋁(b-Al₂O₃)作為填料提高酚醛樹脂(PR)的導熱性，摻有b-Al₂O₃的PR復合材料具有良好的導熱性能(高達1.481W/m·K)，比純基體的導熱性能提高了7倍。但限于工藝條件和方式，一般選擇加入高導熱系數粒子或纖維，如石墨、氧化鋁、氮化鋁等，加入量一般限于80％以下，以形成導熱網絡通路為限。為了形成連通導熱網絡和復合材料的均勻性，一般的復合工藝工序繁多、步驟復雜、材料人工成本高昂。因此，有必要提出一種簡單、便捷的高導熱復合材料的復合工藝。

發明內容

為了實現上述技術目標，本發明第一方面提供了一種快速成型的各向異性導熱復合材料，其詳細技術方案如下：

一種快速成型的各向異性導熱復合材料，由如下質量份的原料制成：

石墨填料50-90份；

碳纖維填料2-20份；

高分子聚合物基體2-20份；

界面改性劑1-3份；

有機溶劑1-3份。

在一些實施例中，所述高分子聚合物基體為環氧樹脂、聚偏氟乙烯、酚醛樹脂、硅橡膠、聚乙烯中的一種或幾種。

在一些實施例中，所述石墨填料為天然鱗片石墨、炭黑、可膨脹石墨、膨脹石墨中的一種或幾種。

在一些實施例中，所述碳纖維填料為直徑7μm的300目瀝青基高導熱碳纖維。