CN102250588A - 一种高性能相变导热材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高性能相变导热材料及其制备方法，该相变导热材料主要由有机合成酯、环氧树脂，蜡和导热粉体组成，导热粉体选用不同种类的氧化粉体和金属粉体并按大、中、小三种粒径极配而成。其产品在室温下是固体、便于处理，可以将其作为干垫清洁而坚固地置于散热片或器件的表面。而当达到器件工作温度时（50～60℃）时，产品变软，从而使两个配合表面整合，同时不会因为材料软化而流出。具有优越的导热性能，在使用时可以按要求制成不同厚度的薄片，因而易于处理、可以取代凌乱的膏脂。制备方法简单安全。

Description

一种高性能相变导热材料及其制备方法

技术领域

本发明属于一种热界面有机导热材料，具体涉及一种高性能相变导热材料及其制备方法。

背景技术

随着电子设备不断将更强大的功能集成到更小组件中，温度控制已经成为设计中至关重要的关键之一，即在架构紧缩，操作空间越来越小的情况下，如何有效地带走更大单位功率所产生的更多热量。每降低10℃对敏感元器件的正常使用及使用寿命具有重要意义。

电子元器件的热传导问题如果解决不好，将直接影响设备的使用寿命，降低信号的处理速度，以及增加设备的功率耗散等。通常情况下，为了解决发热电子元件的散热问题，工业界在电子元件上方安置散热片来对元器件进行散热。但是，限于现在的工业生产技术，电子元器件与散热片之间的接触面不能达到理想的平整面。当二者接触时，空气会存在于二者之间的界面缝隙中，增加界面热阻，严重影响整体的散热效果。由此开发出了许多散热技术及相关的散热材料，其中导热相变材料就是其中的一种。目前市场上虽然很大一部分在使用导热膏作为热界面散热材料，但是由于导热膏为流体，在使用时需要使用钢板或丝网，增加了操作工序，且操作很不方便，从而降低了生产效率。

基于上述原因，开发出这种高性能相变导热材料，它无需使用钢板或丝网，使用时只需去掉离型膜，然后直接安置到散热片上，极大地提高了生产效率。导热相变材料是热量增强聚合物，设计用于使功率消耗型电子器件和与之相连的散热片之间的热阻力降低到最小，这一热阻小的通道使散热片的性能达到最佳，并且能够改善微处理器、存储器模块DC/DC 转换器和功率模块的可靠性。

发明内容

本发明是为了克服现有技术存在的缺点而提出的，其目的是提供一种高性能相变导热材料及其制备方法。

 本发明的技术方案是：一种高性能相变导热材料,包括组分和重量百分比为：

    有机合成酯           3%～5%

    环氧树脂             2%～4%

          蜡                  25%-30%

    导热粉体             余量。

其中，所述的有机合成酯是指二元酯、多元醇酯类基础油和烷基萘基础油中的一种或两种以上的混合物。

所述的环氧树脂是指双酚A型环氧树脂、氢化双酚A型环氧树脂中的一种或其混合物。

所述的蜡是指微晶蜡，白石蜡中的一种或其混合物。

所述的导热粉体是指氧化铝、氧化锌、氮化硼、氮化铝，氮化硅和铝粉中的一种或两种以上的粉体混合物。

所述的导电粉体按大、中、小三种粒径粉体按照16：10：1的重量比组成，大粒径的颗粒尺寸为10～40μm，中粒径的颗粒尺寸为2～10μm，小粒径的颗粒尺寸为1～2μm。

还包括表面活性剂、阻燃剂、着色剂。

一种高性能相变导热材料的制备方法，包括以下步骤：

（i）导热粉体干燥

将导热粉体烘烤60～80小时，以除去水分；

 （ⅱ）导热粉体粒径极配

    将导热粉体进行粒径极配，按照16：10：1的重量比分别取大、中、小三种粒径的导热粉体，在搅拌器内进行预混，使三种不同粒径的导热粉体初步混和；

 （ⅲ）混合

    将步骤（ⅱ）所得的导热粉体与有机合成酯，环氧树脂及蜡放入带有油浴加热功能的搅拌机内，加热至80～90℃，待蜡全部融化后进行10-20分钟的混和，得高性能相变导热材料；

   （ⅳ）裁切、成型

    将步骤（ⅲ）所得的相变导热材料冷却至室温，待变成固体后，在成型机上制成不同厚度的片材，然后根据需要裁切成不同尺寸和形状的相变导热产品。

本发明的有益效果是：

其产品是具有良好的导热性能和操作能力的自立相变材料；自然粘合好，无需胶粘剂或散热片预热；低毒，使用经济，且挥发重量损耗低，低热阻。

具体实施方式

下面参照实施例对本发明的高性能相变导热材料及其制备方法进行详细说明：

 一种高性能相变导热材料,包括组分和重量百分比为：

         有机合成酯         3%～5%

          环氧树脂           2%～4%

        蜡                 25%-30%

        导热粉体           余量。

其中，所述的有机合成酯是指二元酯、多元醇酯类基础油和烷基萘基础油中的一种或两种以上的混合物。

所述的环氧树脂是指双酚A型环氧树脂、氢化双酚A型环氧树脂中的一种或其混合物。

所述的蜡是指微晶蜡、白石蜡中的一种或其混合物。

所述的导热粉体是指氧化铝、氧化锌、氮化硼、氮化铝，氮化硅、铝粉中的一种或两种以上的粉体混合物。

所述导热粉体的形状为球形或椭球形。

其中所述的导热粉体由不同种类的氧化粉体或金属粉体组成，并按大、中、小三种粒径粉体按照16：10：1的重量比组成，大粒径的颗粒尺寸为10～40μm，中粒径的颗粒尺寸为2～10μm，小粒径的颗粒尺寸为1～2μm。

上述将导热粉体按照大、中、小粒径进行粒径极配的目的是为了达到最高填充率，从而达到最佳的热导率。

作为可调整组分，一些常用的添加剂也可以加入到本发明的相变导热材料中，调整的极限以不削弱本发明的目的。具体添加剂包括表面活性剂、阻燃剂、着色剂。

一种高性能相变导热材料的制备方法：包括以下步骤：

 （i）导热粉体干燥

将导热粉体在鼓风干燥箱中烘烤60～80小时，以除去水分。所述的导热粉体是指氧化铝、氧化锌、氮化硼、氮化铝，氮化硅，或铝粉中的一种或两种以上的混合物。所述的导热粉体的大粒径为10～40μm，中粒径为2～10μm，小粒径为1～2μm。

（ⅱ）导热粉体粒径极配

    将导热粉体进行粒径极配，按照16：10：1的重量比分别取大、中、小三种粒径的导热粉体，在搅拌器内进行预混，使三种不同粒径的导热粉体初步混和；

 （ⅲ）混合

    将步骤（ⅱ）所得的导热粉体与有机合成酯，环氧树脂及蜡等放入带有油浴加热功能的双行星搅拌机内，加热至80～90℃，待蜡全部融化后进行10～20分钟的混和，得高性能相变导热材料。

（ⅳ）裁切、成型

    将步骤（ⅲ）所得的导热相变材料冷却至室温，待变成固体后，在成型机上制成不同厚度的片材，然后根据需要裁切成不同尺寸和形状的相变导热产品。

实施例1～3

（1）准备以下各组分；

  a 有机合成酯

     其中： a1 二元醇酯基础油 

            a2 多元醇酯基础油

            a3 烷基萘基基础油

   b 环氧树脂

     其中： b1 双酚A型环氧树脂

  b2 氢化双酚A型环氧树脂

   c 蜡

     其中： c1 微晶蜡

    c2 白石蜡

   d 导热粉体

     其中： d1 氧化锌粉末（平均粒径1μm）

            d2 铝粉（平均粒径6μm）

            d3 氮化硼粉末（平均粒径25μm）

   将上述粉体按照表1表示的比例进行极配，并在混和机内进行预混。

（2）将上述各组分按比例（具体组分及其比例见表1）放入带油浴加热的双行星搅拌机中进行混和、包覆，即得相变导热材料。

表1是实施例1～3相变导热材料的组成

为验证本发明产品的性能，做以下测试

  （一）导热率测试

 将制备实施1～3制得的相变导热材料制成厚度为2mm样品，并放置在Hotdisk测试仪的测试台面上，测定导热膏的导热系数，结果见表2，表明本发明的相变导热材料具体高的导热系数，适用于对散热要求较高的场合。

（二）老化性能测试

 老化试验1  将制备实施例1～3制得的相变导热材料在125℃烘烤1000小时。

老化试验2  将制备实施例1～3制得的相变导热材料在-40℃～130℃冷热冲击循环500次。

老化试验3  将制备实施例1～3制得的相变导热材料在85℃，85%湿度下老化1000小时。

将试验前后的相变导热材料放置在LW-9011R热阻仪（市售）的测试台面上，厚度控制为0.3mm，测定其热阻值。结果见表2，经老化试验后，其热性能降低的程度不大，说明本发明产品具有较好的热稳定性。

表2是本发明相变导热材料测试试验结果

Claims (8)

1.一种高性能相变导热材料，其特征在于：包括的组分和重量百分比为：

    有机合成酯           3%～5%

    环氧树脂             2%～4%

          蜡                  25%-30%

    导热粉体             余量。

2.根据权利要求1所述的高性能相变导热材料，其特征在于：所述的有机合成酯是指二元酯、多元醇酯类基础油和烷基萘基础油中的一种或两种以上的混合物。

3.根据权利要求1所述的高性能相变导热材料，其特征在于：所述的环氧树脂是指双酚A型环氧树脂、氢化双酚A型环氧树脂中的一种或其混合物。

4.根据权利要求1所述的高性能相变导热材料，其特征在于：所述的蜡是指微晶蜡，白石蜡中的一种或其混合物。

5.根据权利要求1所述的高性能相变导热材料，其特征在于：所述的导热粉体是指氧化铝、氧化锌、氮化硼、氮化铝，氮化硅和铝粉中的一种或两种以上的粉体混合物。

6.根据权利要求5所述的高性能相变导热材料，其特征在于：所述的导电粉体按大、中、小三种粒径粉体按照16：10：1的重量比组成，大粒径的颗粒尺寸为10～40μm，中粒径的颗粒尺寸为2～10μm，小粒径的颗粒尺寸为1～2μm。

7.根据权利要求1所述的高性能相变导热材料，其特征在于：还包括表面活性剂、阻燃剂、着色剂。

8.权利要求1所述的高性能相变导热材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

（i）导热粉体干燥

将导热粉体烘烤60～80小时，以除去水分；

 （ⅱ）导热粉体粒径极配

    将导热粉体进行粒径极配，按照16：10：1的重量比分别取大、中、小三种粒径的导热粉体，在搅拌器内进行预混，使三种不同粒径的导热粉体初步混和；

 （ⅲ）混合

    将步骤（ⅱ）所得的导热粉体与有机合成酯，环氧树脂及蜡放入带有油浴加热功能的搅拌机内，加热至80～90℃，待蜡全部融化后进行10～20分钟的混和，得高性能相变导热材料；

   （ⅳ）裁切、成型

    将步骤（ⅲ）所得的导热相变材料冷却至室温，待变成固体后，在成型机上制成不同厚度的片材，然后根据需要裁切成不同尺寸和形状的相变导热产品。