CN102181212A - 一种散热材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种散热材料及其制备方法，包括组分A、组分B，组分A是一种离子型改性树脂或一种以上离子型改性树脂混合物，或者是离子型的一种以上改性树脂复合物；组分B为远红外发射率大于0.80或导热系数大于5W/m.K，且粒径小于30微米的一种或一种以上混合的材料。采用本发明的散热材料，不仅可以提高金属部件散热性能，还可以达成其它一些特殊的功能（比如：自洁、红外隐身、保温、耐腐蚀、耐高温、自润滑、绝缘等性能），并且可以根据需要调制成绝大多数需要的色泽。
Description
技术领域
本发明涉及表面处理技术，特别是一种提高金属部件散热性能的散热材料及其制备方法。
背景技术
金属部件（尤其是散热器）的散热性能，在当今社会越来越受到重视。目前，金属部件的表面处理技术大都不能提高散热性能，甚至有些会产生热阻（比如：电镀、阳极氧化、真空镀）；喷涂液体散热（降温）漆或粉末散热（降温）涂料，外观不佳，且存在死角，为生产者诟病。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种提高金属部件散热性能的散热材料及其制备方法，旨在解决现有技术中金属部件的表面处理技术不能提高散热性能的问题。
本发明的技术方案如下：
一种散热材料，其中，所述散热材料包括组分A和组分B，组分A是一种离子型改性树脂或一种以上离子型改性树脂混合物，或者是离子型的一种以上改性树脂复合物；组分B为远红外发射率大于0.80或导热系数大于5W/m.K，且粒径小于30微米的一种或一种以上混合的材料；
其中，组分A所含固体的质量与组分B的质量比例范围为1：0.1~1.5。
所述的散热材料，其中，所述改性树脂可以选自改性环氧树脂、改性丁二烯树脂、丙烯酸树脂、改性丙烯酸树脂、聚氨酯树脂、改性聚氨酯树脂、环氧丙烯酸树脂、丙烯酸聚氨酯树脂、有机硅树脂或改性有机硅树脂。
所述的散热材料，其中，所述离子型改性树脂可以选自阴离子环氧树脂、阴离子丙烯酸树脂、阴离子聚氨酯树脂、阴离子丁二烯树脂、阴离子环氧丙烯酸树脂、阴离子丙烯酸聚氨树脂、阴离子有机硅树脂、阳离子环氧树脂、阳离子丙烯酸树脂、阳离子聚氨酯树脂、阳离子丁二烯树脂、阳离子环氧丙烯酸树脂、阳离子丙烯酸聚氨树脂或阳离子有机硅树脂。
所述的散热材料，其中，所述组分B为金属或非金属的氧化物、金属或非金属的氮化物、金属或非金属的碳化物、云母粉、碳单质中的一种或一种以上的混合材料。
所述的散热材料，其中，所述金属或非金属的氧化物可以选自氧化硼、氧化钠、氧化镁、氧化铝、氧化硅、氧化钙、过渡金属氧化物、稀土氧化物的一种或者一种以上的混合物或混合烧结产物。
所述的散热材料，其中，所述金属或非金属的氧化物可以选自天然或混合烧结的堇青石、莫来石、电气石。
所述的散热材料，其中，所述金属或非金属的氮化物选自：氮化硼、氮化铝、氮化硅、氮化钒、氮化镁或氮化钛；所述金属或非金属的碳化物选自：碳化硅、碳化钨、碳化铝或碳化钛。
所述的散热材料，其中，所述碳单质可以选自石墨、纳米碳、金刚石或碳纤维。
上述的散热材料的制备方法，其中，主要包括以下步骤：
将组分B材料纯水洗涤至电导率小于100us/cm，加入电导率小于100us/cm的纯净水，搅拌均匀后，再加入经过乳化分散的组分A中，研磨5~120分钟，搅拌均匀后投入电泳槽中进行循环。
上述的散热材料的应用，其中，将所述散热材料通过电泳的方式施工到金属部件表面。
有益效果：采用本发明的散热材料，可以使金属部件具有提高散热效果的性能，甚至还可以达成一些特殊的功能（比如：自洁、红外隐身、保温、耐腐蚀、耐高温、自润滑、绝缘等性能），并且可以根据需要调制成绝大多数需要的色泽。另外采用电泳技术进行表面处理优点在于：简单、高效、没有死角，外观容易达到要求。
附图说明
图1为本发明实施例中温度记录仪记录F1-F5、G、H表面温度升温数据表。
图2为本发明实施例中温度记录仪记录F1-F5、G、H表面温度升温曲线图。
具体实施方式
本发明提供一种提高金属部件散热性能的散热材料及其制备方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供一种提高金属部件散热性能的散热材料，是包括组分A、组分B，组分A是一种离子型改性树脂或一种以上离子型改性树脂混合物，或者是离子型的一种以上改性树脂复合物；组分B为远红外发射率大于0.80或导热系数大于5W/m.K，且粒径小于30微米的一种或一种以上混合的材料；其中，组分A所含固体的质量与组分B的质量比例范围为1：0.1~1.5。
组分A是一种离子型改性树脂或一种以上离子型改性树脂混合物，或者是离子型的一种以上改性树脂复合物。所述改性树脂可以选自改性环氧树脂、改性丁二烯树脂、丙烯酸树脂、改性丙烯酸树脂、聚氨酯树脂、改性聚氨酯树脂、环氧丙烯酸树脂、丙烯酸聚氨酯树脂、有机硅树脂或改性有机硅树脂。
所述离子型改性树脂可以选自阴离子环氧树脂、阴离子丙烯酸树脂、阴离子聚氨酯树脂、阴离子丁二烯树脂、阴离子环氧丙烯酸树脂、阴离子丙烯酸聚氨树脂、阴离子有机硅树脂、阳离子环氧树脂、阳离子丙烯酸树脂、阳离子聚氨酯树脂、阳离子丁二烯树脂、阳离子环氧丙烯酸树脂、阳离子丙烯酸聚氨树脂或阳离子有机硅树脂。
组分B为金属或非金属的氧化物、金属或非金属的氮化物、金属或非金属的碳化物、云母粉、碳单质中的一种或一种以上混合的材料。
所述金属或非金属的氧化物可以选自氧化硼、氧化钠、氧化镁、氧化铝、氧化硅、氧化钙、过渡金属氧化物、稀土氧化物的一种或者一种以上的混合物或混合烧结产物，如将Al2O3、SiO2、MgO按比例（物质的量的比例为20:1:3）混合烧结粉碎成粒径1~3um的粉状物。所述金属或非金属的氧化物还可以为天然或烧结而成的堇青石、莫来石、电气石。若组分B中添加了金属或非金属的氧化物，所得成品的散热效果较佳。
所述金属或非金属的氮化物可以为氮化硼、氮化铝、氮化硅、氮化钒、氮化镁或氮化钛；所述金属或非金属的碳化物为碳化硅、碳化钨、碳化铝或碳化钛；所述碳单质为石墨、纳米碳、金刚石或碳纤维。
通过改变组分B的成分，可以使金属部件表面散热材料层达到具有自洁功能（不易脏污，散热性能不易减退）、红外隐身（降低金属部件的表面温度，减少红外发射，或混淆装备外形）、保温（具备某个波段红外发射功能，就一定具备相同波段的吸收功能；当金属部件温度低于环境温度时，具有吸收红外的功能，从而提高表面温度），通过不同添加材料，也可达成耐腐蚀、耐高温、自润滑、绝缘等实用性能。如组分B中添加了氮化硼，散热材料具备了自润滑性能；若添加了云母粉，则增加了绝缘的性能；散热材料中也可同时添加了氮化硼和云母粉，则同时增加了自润滑性能和绝缘性能。本发明散热材料还可以在散热材料中添加颜料，根据需要调制成绝大多数需要的色泽。
本发明散热材料的制备方法为：将组分B材料纯水洗涤至电导率小于100 us/cm，加入电导率小于100us/cm的纯净水，搅拌均匀后，再加入经过乳化分散的组分A，研磨5~120分钟，搅拌均匀后投入电泳槽中进行循环。纯净水的加入量是根据散热材料的稀稠度需要调整的，组分A中所含固体的质量与散热材料中所含纯净水质量的比例范围一般是1:4~20。当散热材料制备好后，即可采用电泳的方式施工到金属部件表面。
实施例一
称量阴离子丙烯酸树脂水性分散液（固含量50%）1Kg，边搅拌边缓慢加入3Kg纯净水（纯净水电导率小于8us/cm）（称之为A）；称量Al2O3、SiO2、MgO按比例（物质的量的比例为20:1:3）混合烧结粉碎成粒径1~3um的粉状物（称之为B1）165g，选取粒径1~3um的碳化硅（含量大于98%）（称之为B2）125g，混匀后，纯水洗涤至电导率小于100us/cm（称之为D）；将D加入纯净水（电导率小于8us/cm）1Kg，边搅拌边加入A，研磨30分钟后投入到电泳槽中进行循环；将挤型铝合金散热器（称之为E），经过除油、碱蚀、出光等前处理工序后为阳极，不锈钢板为阴极，施加100V直流电压，时间60秒；纯水清洗后放入烤箱烘烤，升温至180摄氏度，保温30分钟后取出冷却至室温即为成品（称之为F1）。另将E采用阳极氧化处理成本色（称之为G），将E采用液体喷涂处理成银灰色（称之为H），F1、G、H采用8.3W电热片加热65分钟达到热平衡后停止加热，温度记录仪记录F1、G、H同一位置升温曲线，如图2所示。当温度达到平衡时，50~100摄氏度范围内，F1对比G温度最大低6%；F1比H温度最大低15%。
实施例二
称量阳离子丙烯酸树脂水性分散液（固含量50%）1 Kg，边搅拌边缓慢加入3Kg纯净水（纯净水电导率小于8us/cm）（称之为A）；称量Al2O3、SiO2、MgO按比例（物质的量的比例为20:1:3）混合烧结粉碎成粒径1~3um的粉状物（称之为B1）165g，选取粒径1~3um的碳化硅（含量大于98%）（称之为B2）125g，混匀后，纯水洗涤至电导率小于100us/cm（称之为D）；将D加入纯净水（电导率小于8us/cm）1Kg，边搅拌边加入A，研磨30分钟后投入到电泳槽中进行循环；将挤型铝合金散热器（称之为E），经过除油，碱蚀，出光等前处理工序后为阴极，不锈钢板为阳极，施加60V直流电压，时间45秒；纯水清洗后放入烤箱烘烤，升温至160摄氏度，保温30分钟后取出冷却至室温即为成品（称之为F2）。另将E采用阳极氧化处理成本色（称之为G）；将E采用液体喷涂处理成银灰色（称之为H）；F2、G、H采用8.3W电热片加热65分钟达到热平衡后停止加热，温度记录仪记录F2、G、H同一位置升温曲线，如图2所示；当温度达到平衡时，50~100摄氏度范围内，F2对比G温度最大低6%；F2比H温度最大低15%。
实施例三
称量阳离子环氧树脂水性分散液（固含量20%）5Kg（称之为A）；称量Al2O3、SiO2、MgO按比例（物质的量的比例为20:1:3）混合烧结粉碎成粒径1~3um的粉状物（称之为B1）350克，选取粒径3~5um的碳化硅（含量大于98%）（称之为B2）300克，混匀后，纯水洗涤至电导率小于100us/cm（称之为D）；将D加入纯净水（电导率小于8us/cm）5Kg，边搅拌边加入A，研磨30分钟后投入到电泳槽中进行循环；将挤型铝合金散热器（称之为E），经过除油，碱蚀，出光等前处理工序后为阴极，不锈钢板为阳极，施加120V直流电压，时间60秒；纯水清洗后放入烤箱烘烤，升温至180摄氏度，保温30分钟后取出冷却至室温即为成品（称之为F3）。另将E采用阳极氧化处理成本色（称之为G）；将E采用液体喷涂处理成银灰色（称之为H）；F3、G、H采用8.3W电热片加热65分钟达到热平衡后停止加热，温度记录仪记录F3、G、H同一位置升温曲线，如图2所示；当温度达到平衡时，50~100摄氏度范围内，F3对比G温度最大低5%；F3比H温度最大低13%。
实施例四
称量阳离子聚氨酯树脂水性分散液（固含量50%）1千克，边搅拌边缓慢加入3Kg纯净水（纯净水电导率小于8us/cm）（称之为A）；称量Al2O3、SiO2、MgO按比例（物质的量的比例为20:1:3）混合烧结粉碎成粒径1~3um的粉状物（称之为B）50克，纯水洗涤至电导率小于100us/cm（称之为D）；将D加入纯净水（电导率小于8us/cm）1Kg，边搅拌边加入A，研磨30分钟后投入到电泳槽中进行循环；将挤型铝合金散热器（称之为E），经过除油，碱蚀，出光等前处理工序后为阳极，不锈钢板为阴极，施加110V直流电压，时间60秒；纯水清洗后放入烤箱烘烤，升温至180摄氏度，保温30分钟后取出冷却至室温即为成品（称之为F4）。另将E采用阳极氧化处理成本色（称之为G）；将E采用液体喷涂处理成银灰色（称之为H）；F4、G、H采用8.3W电热片加热65分钟达到热平衡后停止加热，温度记录仪记录F4、G、H同一位置升温曲线，如图2所示；当温度达到平衡时，50~100摄氏度范围内，F4对比G温度最大低2%；F4比H温度最大低5%。
实施例五
称量阴离子聚顺丁烯树脂水性分散液（固含量50%）1千克，边搅拌边缓慢加入3Kg纯净水（纯净水电导率小于8us/cm）（称之为A）；称量Al2O3、SiO2、MgO按比例（物质的量的比例为20:1:3）混合烧结粉碎成粒径1~3um的粉状物（称之为B1）500克，选取粒径0.1~0.5um的金刚石粉末（含量大于95%）（称之为B2）250克，混匀后，纯水洗涤至电导率小于100us/cm（称之为D）；将D加入纯净水（电导率小于8us/cm）1000ml，边搅拌边加入A，研磨60分钟后再超声波处理20分钟，投入到电泳槽中进行循环；将挤型铝合金散热器（称之为E），经过除油，碱蚀，出光等前处理工序后为阳极，不锈钢板为阴极，施加110V直流电压，时间60秒；纯水清洗后放入烤箱烘烤，升温至180摄氏度，保温30分钟后取出冷却至室温即为成品（称之为F5）。另将E采用阳极氧化处理成本色（称之为G）；将E采用液体喷涂处理成银灰色（称之为H）；F5、G，H采用8.3W电热片加热65分钟达到热平衡后停止加热，温度记录仪记录F5、G、H同一位置升温曲线，如图2所示；当温度达到平衡时，50~100摄氏度范围内，F5对比G温度最大低7%；F5比H温度最大低16%。
实施例六
依照实施例一（或实施例二、三）的相同步骤，将B2更换成氮化硼（粒径1~5um，纯度99%），制成品除了具备散热性能外，增加了自润滑性能，也能提高绝缘性能。
实施例七
依照实施例一（或实施例二、三）的相同步骤，将B2更换成氟碳树脂粉末（粒径1~2um）或等物质的量的氟碳分散液，制成品除了具备散热性能外，增加了爽滑、驱水、不沾油、耐腐蚀性能。
实施例八
依照实施例一（或实施例二、三）的相同步骤，将B2更换成云母粉（粒径1~5um），制成品除了具备散热性能外，增加了绝缘性能。
实施例九
依照实施例一（或实施例二、三）的相同步骤，将B2更换成纳米二氧化钛（20~80nm），制成品除了具备散热性能外，增加了自洁功能。
散热部件常用材料为铝合金，铝合金常用的表面处理方式为阳极氧化和喷涂。上述实施例中，将挤型铝合金MR16散热器（称之为E）采用阳极氧化处理成本色（称之为G），将E采用液体喷涂成银灰色（称之为H），在相同环境下，F1-F5、G、H采用相同功率（14.5欧姆，施加直流电压11V）的电热块加热65分钟达到热平衡后停止加热，温度记录仪记录F1-F5、G、H表面温度，其表面温度数据如图1中的表格所示，并根据温度记录数据绘制升温曲线，如图2所示。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种散热材料，其特征在于，所述散热材料包括组分A和组分B，组分A是一种离子型改性树脂或一种以上离子型改性树脂混合物，或者是离子型的一种以上改性树脂复合物；组分B为远红外发射率大于0.80或导热系数大于5W/m.K，且粒径小于30微米的一种或一种以上混合的材料；
其中，组分A所含固体的质量与组分B的质量比例范围为1：0.1~1.5。
2.根据权利要求1所述的散热材料，其特征在于，所述改性树脂可以选自改性环氧树脂、改性丁二烯树脂、丙烯酸树脂、改性丙烯酸树脂、聚氨酯树脂、改性聚氨酯树脂、环氧丙烯酸树脂、丙烯酸聚氨酯树脂、有机硅树脂或改性有机硅树脂。
3.根据权利要求1所述的散热材料，其特征在于，所述离子型改性树脂可以选自阴离子环氧树脂、阴离子丙烯酸树脂、阴离子聚氨酯树脂、阴离子丁二烯树脂、阴离子环氧丙烯酸树脂、阴离子丙烯酸聚氨树脂、阴离子有机硅树脂、阳离子环氧树脂、阳离子丙烯酸树脂、阳离子聚氨酯树脂、阳离子丁二烯树脂、阳离子环氧丙烯酸树脂、阳离子丙烯酸聚氨树脂或阳离子有机硅树脂。
4.根据权利要求1所述的散热材料，其特征在于，所述组分B为金属或非金属的氧化物、金属或非金属的氮化物、金属或非金属的碳化物、云母粉、碳单质中的一种或一种以上的混合材料。
5.根据权利要求4所述的散热材料，其特征在于，所述金属或非金属的氧化物可以选自氧化硼、氧化钠、氧化镁、氧化铝、氧化硅、氧化钙、过渡金属氧化物、稀土氧化物的一种或者一种以上的混合物或混合烧结产物。
6.根据权利要求4所述的散热材料，其特征在于，所述金属或非金属的氧化物可以选自天然或混合烧结的堇青石、莫来石、电气石。
7.根据权利要求4所述的散热材料，其特征在于，所述金属或非金属的氮化物选自：氮化硼、氮化铝、氮化硅、氮化钒、氮化镁或氮化钛；所述金属或非金属的碳化物选自：碳化硅、碳化钨、碳化铝或碳化钛。
8.根据权利要求4所述的散热材料，其特征在于，所述碳单质可以选自石墨、纳米碳、金刚石或碳纤维。
9.一种如权利要求1所述的散热材料的制备方法，其特征在于，主要包括以下步骤：
将组分B材料纯水洗涤至电导率小于100 us/cm，加入电导率小于100us/cm的纯净水，搅拌均匀后，再加入经过乳化分散的组分A中，研磨5~120分钟，搅拌均匀后投入电泳槽中进行循环。
10.一种如权利要求1所述的散热材料的应用，其特征在于，将所述散热材料通过电泳的方式施工到金属部件表面。
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