CN102612301A - 一种导热装置及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种导热装置及制备方法，其中，所述导热装置包括导电织物，所述导电织物上涂敷有导热涂层。所述导电织物是表面镀有一层导磁性镀层的基材织物；所述导磁性镀层位于导电织物和导热涂层之间。利用具有屏蔽功能并涂敷有导热填料的硅橡胶涂层的柔软导电布作为导热装置，可以显著地提高导热装置的屏蔽性能，同时保持了导热装置的机械性能和抗电压击穿强度。
Description
技术领域
本发明涉及导热装置领域，尤其涉及一种具有屏蔽、绝缘性能的柔软导热装置及其制备方法。
背景技术
电子器件产生热辐射和磁辐射是不可避免的，这些辐射在一定程度上，具有干扰原电子组件功能和其他邻近器件与组件功能的危险。在电子器件之间，为了防止相邻元器件的辐射干扰，会在电子器件之间设置屏蔽材料。但是，一般的屏蔽材料由金属或者金属镀层构成，硬度较大，而且不具有绝缘性能，耐电压性能较差，难以满足需要良好的屏蔽、绝缘和导热效果的场合。
因此，仍然需要开发一种具有屏蔽性能的柔软导热装置。
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导热装置及其制备方法，所述导热装置是一种具有屏蔽、绝缘性能的柔软导热装置，旨在解决现有的屏蔽材料硬度较大、不具有绝缘性能、耐电压性能较差等问题。
本发明的技术方案如下：
一种导热装置，其中，所述导热装置包括导电织物，所述导电织物上涂敷有导热涂层；
所述导电织物是指表面镀有一导磁性镀层的基材织物。
所述的导热装置，其中，所述导热装置包括导电织物、第一导热涂层和第二导热涂层；所述导电织物设置在第一导热涂层和第二导热涂层之间；所述导电织物至少为一层。
所述的导热装置，其中，所述导磁性镀层为镍镀层、钴镍镀层或铁镍镀层。
所述的导热装置，其中，所述基材织物的厚度为0.05mm~0.2mm，编制密度为80目~1200目。
所述的导热装置，其中，所述导热涂层的厚度在50μm以内；所述导热涂层中导热物质的重量百分含量为5%~90%。
所述的导热装置，其中，所述导热涂层是由有机硅胶和导热颗粒组成的混合物；
所述有机硅胶为甲基硅橡胶、二甲基硅橡胶、甲基乙烯基硅橡胶、氰硅橡胶或氟硅橡胶中一种或两种以上硅橡胶的混合物；
所述导热颗粒为氧化铝粉、氧化锌粉、铝粉、银粉、铜粉、硅微粉、石墨粉、金刚石、碳纳米管、氮化铝粉、氮化硼粉、氮化硅粉或碳化硅粉中的一种或两种以上的组合物。
所述的导热装置，其中，所述导热粉体粒径D50为10nm~50um，所述有机硅胶的粘度为200cp~50000cp。
一种上述的导热装置的制备方法，其中，所述导热装置的制备方法包括以下步骤：
S1、对基材织物的表面进行金属化处理得到导电织物；
S2、制备导热涂层材料；
S3、以导电织物为基材，将导热涂层材料均匀涂敷在导电织物的表面上；
S4、硫化成型：将涂敷好导热涂层材料的导电织物放置在烘箱中硫化成型；
其中，所述步骤S1中对导电织物的表面进行的金属化处理为金属导磁性镀层工艺化，所述导磁性镀层为镍镀层钴、镍镀层或铁镍镀层。
所述的导热装置的制备方法，其中，所述制备导热涂层材料的方法步骤如下：
称取物料：按照配方称取液体硅胶和导热颗粒于搅拌缸中；
搅拌：用高速分散机将混合物料搅拌均匀，呈流动液体，搅拌速度为300~2000rpm；
液体研磨：在三辊研磨机上研磨1~3遍；
真空脱泡：在真空搅拌釜中抽真空处理0.5h~1.5h；
液体过滤：在过滤机中将液体物料过滤1~3遍，过滤网网孔大小为100目~800目。
有益效果：利用具有屏蔽功能并涂敷有导热填料的硅橡胶涂层的柔软导电布作为导热装置，可以显著地提高导热装置的屏蔽性能，同时保持了导热装置的机械性能和抗电压击穿强度。本发明的柔软导热装置具有良好的屏蔽能力、导热能力和绝缘属性以及与其它基材表面的接触润湿性能，能够应用于具有屏蔽性能要求的导热绝缘类电子/通信产品。
附图说明
图1为本发明导热装置的结构示意图。
具体实施方式
本发明提供一种导热装置及其制备方法，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。
经过研究发现，利用具有屏蔽功能并涂敷有含导热涂层的柔软导电布作为导热装置，可以显著地提高导热装置的屏蔽性能，同时保持了导热装置的机械性能和抗电压击穿强度。
本发明中所提供的具有屏蔽、绝缘性能的柔软导热装置，如图1所示，其包含第一导热涂层1、第二导热涂层2和中间层3；所述中间层3至少设置一层，所述中间层3设置在第一导热涂层1和第二导热涂层2之间。所述中间层3是由导电织物制成。所述柔软导热装置具体是在导电织物的表面涂敷导热涂料，并使导电织物的纤维中填充有导热涂料。
本发明中，位于所述第一导热涂层1和第二导热涂层2之间的中间层3是由至少一层的导电织物制成的。所述导电织物是对基材织物的表面经过金属化处理，在所述基材织物的表面镀上一层导磁性镀层。所述导磁性镀层可以为镍镀层、钴镍镀层或铁镍镀层。由于对基材织物的表面经过金属化处理，可以使所述导电织物具备导磁性，同时也具备导电性。
所述基材织物为柔软的织物。所述基材织物的厚度为0.05mm~0.2mm，编制密度为80目~1200目。采用所述编制密度是为了操作方便和实际生产中可以实现本发明所述导热装置，若织物编制密度小于80目，不利于胶体挂浆，做出的产品表面不光滑，有瑕疵；若编制密度大于1200目，制品耐电压性能达不到。所述中间层的厚度优选不高于1毫米，更优选不高于0.1毫米，涂布产品厚度分布较大，如果成品厚度较厚或要求物理强度大，可选择较为厚重结实的基材，相反，如果成品厚度很薄，就会选择更薄的基材材料。
适用于本发明的导电织物没有特别限制，本领域中常用的导电织物均可用于本发明，如导电布。
通过将导热涂料直接涂敷在导电织物上可以得到涂敷有导热涂层的导电织物。可以采用各种涂布方式进行涂敷，包括但不限于浸涂、喷涂、刮涂、刷涂、淋涂、真空镀层，化学沉积镀层等方法。通过涂敷，可以在导电织物表层形成一层均匀的、具有一定厚度的和电绝缘性的导热涂层。导热涂料在领域技术人员中是熟知的，用于本发明的导热涂料并没有特别限制。所述导热涂层可以是由聚合物基质、导热颗粒组成的混合物，其中还可以根据需要可适当添加溶剂和各种添加剂。所述聚合物基质可以为聚酯树脂、硅橡胶、柔性改性聚乙烯或弹性热塑体橡胶等。导热物质没有特别的限制，但优选使用具有高导热率的氧化铝(Al2O3)、氮化硼(BN)或氮化硅(SiN)等陶瓷粉末材料。
所述导热涂层优选为由有机硅胶和导热颗粒组成的混合物，导热涂层所用有机硅胶为甲基硅橡胶、二甲基硅橡胶、甲基乙烯基硅橡胶、氰硅橡胶或氟硅橡胶中一种或两种以上硅橡胶的混合物。导热涂层材料所用的导热颗粒为氧化铝粉、氧化锌粉、铝粉、银粉、铜粉、硅微粉、石墨粉、金刚石、碳纳米管、氮化铝粉、氮化硼粉、氮化硅粉或碳化硅粉中的一种或两种以上的组合物。所述导热粉体粒径D50为10nm~50um。导热粉体粒径太小，比表面积将会很大，容易团聚，粉体粒径太大，将不容易分散，因此，经过实际生产和研究发现，当导热粉体粒径D50为10nm~50um时，效果最好。所述有机硅胶的粘度为200cp~50000cp，如果液体粘度太小，产品成型后强度不够，粘度过大，涂布过程可操作难度大，采用此粘度范围效果最好。
在本发明实施例中，导热涂层采用的有机硅胶为硅橡胶。硅橡胶是本领域熟知的高耐电压的绝缘材料，其具有突出的介电性能。适用于本发明的硅橡胶包括但不限于甲基硅橡胶、二甲基硅橡胶、甲基乙烯基硅橡胶、氰硅橡胶或氟硅橡胶等中的一种或两种以上的混合物。
对于导热涂层的厚度没有特别限制，但是导热涂层厚度优选在50μm以内，更优选1~10μm内厚度范围的厚度。导热涂层中导热物质的重量百分含量优选为5%~90%。可根据产品导热性能需求添加导热物质，产品所要求的导热性能越高，粉体添加比列越大。
本发明的导热装置可以应用于各类电子/通信产品的屏蔽、散热解决方案，其具有优异的屏蔽性能、导热能力、绝缘属性以及与其它基材表面的接触润湿性能。
本发明中还提供了所述导热装置的制备方法，其步骤如下：
S1、屏蔽性基材的制备：对基材织物的表面进行金属化处理得到导电织物。
S2、导热涂层材料的制备：
称取物料：按照配方称取液体硅胶和导热颗粒于搅拌缸中；
搅拌：用高速分散机将混合物料搅拌均匀，呈流动液体，搅拌速度为300~2000rpm；
液体研磨：在三辊研磨机上研磨1~3遍；
真空脱泡：在真空搅拌釜中抽真空处理0.5h~1.5h；
液体过滤：在过滤机中将液体物料过滤1~3遍，过滤网网孔大小为100目~800目；
S3、导热涂层材料的涂敷：
以金导电织物为基材，用涂布机将导热涂层材料均匀涂敷在导电织物的表面上；
S4、硫化成型：将涂敷好导热涂层的导电织物放置在烘箱中硫化成型，硫化温度在80℃~240℃，硫化成型后制得涂敷有导热涂层的导电织物。
所述步骤S1中对导电织物的表面进行的金属化处理为金属导磁性镀层工艺化，所述导磁性镀层可以为钴镍镀层、镍镀层或铁镍镀层。
下面，结合实施例对本发明进行更详尽的说明。但是，需要指出的是，本发明并不限于这些实施例。在以下实施例和比较例中，除非另外规定，所有的份、比例、百分比都以重量计，温度均是指摄氏度，本发明中术语“导电织物”是指导电布，本发明中术语“滚压”是指采用双辊技术，控制一定的辊间距离对样片实施压力加工，以提供内部填料的密实度。
本发明中所使用的原料和来源概括于下表1。
表1 原料一览表
导热涂料制备实施例1：用于导电布M-130-PCNR（镍镀层的导电布）
根据下表2中给出导热涂料的基础配比。首先，将硅树脂KET-187添加到容器中，然后加入球形氧化铝（5μm）粉末，适当搅拌后，按表2比例加入相应的助剂和二甲苯溶剂稀释，在800~1200转/分适度搅拌制成可用于对导电布（M-130-PLNR）进行导热改善的导热涂料1。
表2 导热涂层材料1（份数）
| 涂层溶液成分 | 导热涂料 1（%） |
| 硅树脂KET-187 | 13 |
| 球形氧化铝（5μm） | 78.5 |
| 二甲苯 | 8 |
| 硅橡胶表面活性剂 | 0.3 |
| 铂金催化剂 | 0.2 |
导热涂料制备实施例2：用于导电布M-200-PCNR（镍镀层的导电布）
根据下表3中给出导热涂料的基础配比。首先，将硅树脂KET-187添加到容器中，然后分别加入球形氧化铝（5μm）和六方氮化硼粉末，适当搅拌后, 按表3比例加入相应的助剂和二甲苯溶剂稀释，在800~1200转/分适度搅拌制成可用于对导电布（M-200-PLNR）进行导热改善的导热涂料2。
表3 导热涂层材料2（份数）
| 涂层溶液成分 | 导热涂料 2（%) |
| 硅树脂KET-187 | 15 |
| 六方氮化硼（3μm） | 12 |
| 球形氧化铝（5μm） | 63.5 |
| 二甲苯 | 9 |
| 硅橡胶表面活性剂 | 0.3 |
| 铂金催化剂 | 0.2 |
按照如下方法分别将上述导热涂料1、导热涂料2分别涂敷到导电布1、导电布2上，形成厚度0.025mm的带有导热涂层的导电布1和导电布2：导热涂料按要求配好，将导电布按顺序拉到浸涂装置中，调节平行和张力,速度控制在小于2米/分，涂层厚度由夹辊保障；烘干温度为80℃~240℃，时间为5分钟~10分钟。
采用ASTM D 5470测量上述涂层材料1的热阻及导热系数，测试压力为250N；采用ASTM D149测量耐电压值，测试结果概括于下表4。
表4：配方1样品性能测试数据表
| 参数 | 热阻（m2·K/W） | 导热系数（W/M·K) | 耐电压（KV) |
| 样品1 | 0.000414 | 0.5172 | 5.69 |
| 样品2 | 0.000367 | 0.5437 | 5.05 |
| 样品3 | 0.00037 | 0.5382 | 5.21 |
| 平均值 | 0.000384 | 0.5330 | 5.31 |
采用ASTM D 5470测量上述涂层材料2的热阻及导热系数，测试压力为250N；采用ASTM D149测量耐电压值，测试结果概括于下表5。
表5：配方2样品性能测试数据表
| 参数 | 热阻（m2·K/W） | 导热系数（W/M·K) | 耐电压（KV) |
| 样品1 | 0.000377 | 0.5867 | 5.8 |
| 样品2 | 0.000302 | 0.5712 | 5.63 |
| 样品3 | 0.000397 | 0.5685 | 5.51 |
| 平均值 | 0.000359 | 0.5755 | 5.64 |
采用ASTM D 5470测量上述涂层材料1的屏蔽性能，测试结果概括于下表6。
表6：配方1样品的屏蔽性能测试数据表
| 频率（MHz） | 屏蔽率（dB） |
| 30 | 56 |
| 100 | 56 |
| 300 | 55 |
| 500 | 55 |
| 1000 | 54 |
| 1500 | 53 |
| 2000 | 53 |
采用ASTM D 5470测量上述涂层材料2的屏蔽性能，测试结果概括于下表7。
表7：配方2样品的屏蔽性能测试数据表
| 频率（MHz） | 屏蔽率（dB） |
| 30 | 58 |
| 100 | 58 |
| 300 | 57 |
| 500 | 57 |
| 1000 | 56 |
| 1500 | 54 |
| 2000 | 55 |
从以上数据表明，本发明所提供的柔软导热装置具有良好的屏蔽能力、导热能力和绝缘属性，能够应用于具有屏蔽性能要求的导热绝缘类电子/通信产品。
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 (9)
1.一种导热装置，其特征在于，所述导热装置包括导电织物，所述导电织物上涂敷有导热涂层；
所述导电织物是指表面镀有一导磁性镀层的基材织物。
2.根据权利要求1所述的导热装置，其特征在于，所述导热装置包括导电织物、第一导热涂层和第二导热涂层；所述导电织物设置在第一导热涂层和第二导热涂层之间；所述导电织物至少为一层。
3.根据权利要求1所述的导热装置，其特征在于，所述导磁性镀层为镍镀层、钴镍镀层或铁镍镀层。
4.根据权利要求1所述的导热装置，其特征在于，所述基材织物的厚度为0.05mm~0.2mm，编制密度为80目~1200目。
5.根据权利要求1所述的导热装置，其特征在于，所述导热涂层的厚度在50μm以内；所述导热涂层中导热物质的重量百分含量为5%~90%。
6.根据权利要求1所述的导热装置，其特征在于，所述导热涂层是由有机硅胶和导热颗粒组成的混合物；
所述有机硅胶为甲基硅橡胶、二甲基硅橡胶、甲基乙烯基硅橡胶、氰硅橡胶或氟硅橡胶中一种或两种以上硅橡胶的混合物；
所述导热颗粒为氧化铝粉、氧化锌粉、铝粉、银粉、铜粉、硅微粉、石墨粉、金刚石、碳纳米管、氮化铝粉、氮化硼粉、氮化硅粉或碳化硅粉中的一种或两种以上的组合物。
7.根据权利要求6所述的导热装置，其特征在于，所述导热粉体粒径D50为10nm~50um，所述有机硅胶的粘度为200cp~50000cp。
8.一种如权利要求1所述的导热装置的制备方法，其特征在于，所述导热装置的制备方法包括以下步骤：
S1、对基材织物的表面进行金属化处理得到导电织物；
S2、制备导热涂层材料；
S3、以导电织物为基材，将导热涂层材料均匀涂敷在导电织物的表面上；
S4、硫化成型：将涂敷好导热涂层材料的导电织物放置在烘箱中硫化成型；
其中，所述步骤S1中对导电织物的表面进行的金属化处理为金属导磁性镀层工艺化，所述导磁性镀层为镍镀层钴、镍镀层或铁镍镀层。
9.根据权利要求8所述的导热装置的制备方法，其特征在于，所述制备导热涂层材料的方法步骤如下：
称取物料：按照配方称取液体硅胶和导热颗粒于搅拌缸中；
搅拌：用高速分散机将混合物料搅拌均匀，呈流动液体，搅拌速度为300~2000rpm；
液体研磨：在三辊研磨机上研磨1~3遍；
真空脱泡：在真空搅拌釜中抽真空处理0.5h~1.5h；
液体过滤：在过滤机中将液体物料过滤1~3遍，过滤网网孔大小为100目~800目。
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