CN103756575A

CN103756575A - 一种导热双面胶带及其制备工艺

Info

Publication number: CN103756575A
Application number: CN201310616499.4A
Authority: CN
Inventors: 沈阳
Original assignee: FUBANG ADHESIVE TAPE Co Ltd CHANGSHU
Current assignee: FUBANG ADHESIVE TAPE Co Ltd CHANGSHU
Priority date: 2013-11-27
Filing date: 2013-11-27
Publication date: 2014-04-30

Abstract

一种导热双面胶带及其制备方法，包括两个离型纸层与导热层，所述导热层的正面与背面分别覆盖有离型纸层，所述导热层包括如下组分：丙烯酸聚合物：55%-85%；石墨：15%~45%，所述石墨均匀分布于所述丙烯酸聚合物中形成导热网链，所述导热双面胶带工艺简单、导热性能好。

Description

一种导热双面胶带及其制备工艺

技术领域

本发明主要涉及一种导热双面胶带及其制备工艺，尤其是导热性能优异的导热双面胶带及其制备工艺。

背景技术

随着电子行业的快速发展，电子产品携带越来越轻便化，体积越来越小，电子元件的集成度越来越高，对电子元器件的散热要求越来越高。导热双面胶带作为一种广泛使用的导热材料，如何提高导热双面胶带的导热性能一直是业内研究的课题。其中的一种普遍方法是在导热胶中添加导热剂，以提高导热双面胶带的导热系数。

可以作为导热剂的材料有很多。金属是热的优良导体，其导热原理主要是依赖自由电子导热。银是热导系数最高的金属材料，然后是铜、金、铝。从性价比综合考虑，铝是首选的金属填充料。但是，金属粉与聚合物的相容性很差，分散困难，而且金属粉末的绝缘性能较差。与金属相比，固体氧化物的绝缘性能很好，但是本身导热性能较差，在导热高分子复合材料制备中，固体氧化物作为导热材料，需将固体氧化物制作成晶须，以提高导热系数，成本太高。因此石墨作为性能良好的导热剂已经得到了广泛的关注。

公开号为103045119A的中国发明专利公开了一种超高电导系数散热双面胶带，采用石墨作为导热剂，通过一系列的工艺处理，在一定程度上缓解了石墨导电率的各向异性，即石墨沿晶体层面方向的热导系数比垂直与晶体层面的方向的热导系数大数倍至数十倍的技术问题，提高了石墨的导热率。但是该专利采用石墨作为导热剂的添加方法与传统的导热剂添加方法相同，即将导热剂加入导热胶中形成导电层，该发明专利石墨层的厚度为10~100μm。将导热剂添加到导热胶中形成导电层并不能有效提高导热胶的导热系数，请参考图1（b）所示，导热剂在导热胶中并没有形成导热网链，此时对整个体系的导热性能的提高影响并不大，请参考图1（a）,当导热剂在热流方向上形成导热网链时，此时导热剂可大幅提高整体体系的热导系数。

与此同时，当使用粒径比较大的导热剂时，由于接触时导热剂之间的空隙比较大，易被残留的空气吸附或被低导热率的导热胶填入，影响整个体系的导热性能，鉴于这些原因，公开号为102260466A的中国发明专利“一种绝缘导热双面胶带带及其制备方法”提出使用纳米材料作为导热剂，但是却忽略了纳米材料的聚团问题。事实上并不是简单的导热剂粒径越小，就越有利于整个体系导热率的增加。

发明内容

鉴于此，本发明的目的是提供一种具有高导热系数的导热双面胶带。本发明的另一目的是提供一种导热双面胶带的制备工艺。

本发明的技术方案为：所述导热双面胶带，包括两个离型纸层与导热层，所述导热层的正面与背面分别覆盖有离型纸层，所述导热层包括如下组分：丙烯酸聚合物：55%-85%；石墨：15%~45%，所述石墨均匀分布于所述丙烯酸聚合物中并形成导热网链。本发明的导热双面胶带采用丙烯酸聚合物作为导热胶，采用石墨作为导热剂，当石墨含量大于15%时，才能在丙烯酸聚合物中形成有效导热网链，随着石墨百分含量的增加，热导系数的增速明显增快，但是石墨含量不宜过高，过高会影响导热双面胶带的粘着力。

作为本发明的一优选技术方案，所述导热层包括如下组分：丙烯酸聚合物60%~80%；石墨20%~40%。

在一具体实施方案中，所述导热层由如下组分组成：丙烯酸聚合物64%，石墨36%。

作为本发明的一优选技术方案，所述导热层还包括10%的阻燃剂。

粒径比较大的导热剂时，由于接触时导热剂之间的空隙比较大，易被残留的空气吸附或被低导热率的导热胶填入，影响整个体系的导热性能。因此，石墨的粒径控制是本发明的一个重点方案。纳米级的石墨具有比表面积大活性高等优点，但是却容易聚团。为解决这一技术难题，本发明的采用的技术手段为选用不同粒径、颗粒形态的导热剂石墨进行混搭，其原理为:当部分纳米级的石墨粒子进行堆积后，再在堆积的空隙中插入比空隙粒径更小的粒子，因此可形成更紧密的堆积。

本文所述纳米材料的粒度直径在 100nm以下，亚微米材料的粒度直径为 100nm～1.0μm，微米材料的粒度直径为1.0μm～5.0μm。

通过这一原理，本发明解决纳米粒子容易堆积的技术方案为，所述纳米级石墨包括纳米级石墨粉末与微米级石墨粉末，所述纳米级石墨粉末与微米级石墨粉末之比为1:9~2:3。通过纳米级的石墨粉末与微米级的时候粉末混搭，使石墨粒子间的堆积更加紧密，从一定程度上解决纳米粒子的聚团问题。经过混搭后的石墨的导热性比单纯的时候纳米级的石墨或微米级的时候都有提高。

作为本发明的一优选技术方案，所述纳米级石墨粉末与微米级石墨粉末之比为1:5。

作为本发明的一优选技术方案，所述石墨由纳米级石墨、亚微米级石墨与微米级石墨组成，所述纳米级石墨、微米级石墨与亚微米级石墨之比为1:1:3。

而石墨晶格中错在着空洞、错位以及其他的晶体缺陷，基于石墨结构中电子、声子双重机制共同作用的导热性，石墨化的程度越高，晶格越完善的石墨，其导热系数越高。因而作为本发明的一优选技术方案，所述石墨优选鳞片状石墨或高结晶石墨。

本发明的另一目的在于提供一种导热双面胶带的生产方法，所述生产方法包括如下步骤：

a、将石墨放入真空干燥箱内干燥半小时;

b、称取一定量的纳米石墨粉末加入到硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂中进行表面改性，改性过程中搅拌24小时；

c、经过24小时表面改性后再通过离心过滤等步骤，将表面改性后的石墨粉末放入真空干燥箱中进行干燥。

d、将干燥后的石墨粉末加入丙烯酸胶水中，搅拌2小时，保证搅拌均匀，之后可根据需要加入阻燃剂，再搅拌2小时，保证搅拌均匀。

e、上胶：使用上胶设备将搅拌均匀的胶水均匀涂覆于离型膜上，上胶过程中注意控制胶水厚度与干燥度。

作为该生产步骤的进一步说明，所述偶联剂为硅烷偶联剂为KH-550，所述钛酸酯偶联剂为NDZ-131。

本发明所述导热双面胶带，采用丙烯酸聚合物作为导热胶、采用石墨作为导热剂，通过所述导热胶、导热剂两种材料之间的配比，以及石墨在导热胶中的分布方式，提高导热双面胶带的导热率。并且通过不同粒径分布的石墨的配比，对导热双面胶带导热率进行了优化。本发明所述导热双面胶带，导热性能好。

附图说明

图1是本发明导热双面胶带的理论原理图。

图2是本发明导热双面胶带的结构示意图。

具体实施方式

请参考图2，图2为本发明所述导热双面胶带的结构示意图。所述导热双面胶带包括两个离型纸层与导热层，所述导热层的正面与背面分别覆盖有离型纸层。所述导热层包括导热胶丙烯酸聚合物与导热剂石墨，所述石墨均匀分布于所述丙烯酸聚合物中，所述石墨在导热层的热流方向即垂直方向上形成导热网链。

下面结合一系列实验例对本发明做进一步描述：

实验例1

配方：丙烯酸聚合物：85%，石墨：15%，所述石墨采用粒径为4um的石墨。

制备工艺：a、将石墨放入真空干燥箱内干燥半小时;

b、称取纳米石墨粉末加入到硅烷偶联剂KH-550中进行表面改性，改性过程中搅拌24小时；

c、之后经过离心、过滤等步骤，将表面改性后的石墨粉末放入真空干燥箱中进行干燥。

d、将干燥后的石墨粉末加入丙烯酸胶水中，搅拌2小时，保证搅拌均匀。

e、上胶：使用上胶设备将搅拌均匀的胶水均匀涂覆于离型膜上，上胶过程中注意控制胶水厚度为0.05mm。

f、检测所制备的导热双面胶带导热率，测试设备：热导系数测试仪

g、70℃环境温度下，检测所制备的导热双面胶带180度粘着力。

实验例2

配方：丙烯酸聚合物：64%，石墨：36%，所述石墨采用粒径为4um的石墨。

制备工艺：a、将石墨放入真空干燥箱内干燥半小时;

实验例3

配方：丙烯酸聚合物：55%，石墨：45%，所述石墨采用粒径为4um的石墨。。

制备工艺：a、将石墨放入真空干燥箱内干燥半小时;

实验例4

配方：丙烯酸聚合物：51%，石墨：39%，所述石墨采用粒径为4um的石墨，阻燃剂10%。

制备工艺：a、将石墨放入真空干燥箱内干燥半小时;

b、称取纳米石墨粉末加入到钛酸酯偶联剂为NDZ-131中进行表面改性，改性过程中搅拌24小时，之后加入阻燃剂，再搅拌2小时，保证搅拌均匀。；

对比例1

配方：丙烯酸聚合物：95%，石墨：5%，所述石墨采用粒径为4um的石墨。。

制备工艺：a、将石墨放入真空干燥箱内干燥半小时;

对比例2

配方：丙烯酸聚合物：45%，石墨：55%，所述石墨采用粒径为4um的石墨。。

制备工艺：a、将石墨放入真空干燥箱内干燥半小时;

实验例5

配方：丙烯酸聚合物：64%，石墨：36%，所述石墨采用纳米石墨。

制备工艺同实验例1。

实验例6

配方：丙烯酸聚合物：64%，石墨：36%，纳米级石墨粉末与微米级石墨粉末之比为1:5。

制备工艺同实验例1。

实验例7

配方：丙烯酸聚合物：64%，石墨：36%，纳米级石墨、压微米级石墨与微米级石墨之比为1:1:3。

制备工艺同实验例1。

实验例8

配方：丙烯酸聚合物：64%，石墨：36%，所述石墨为高结晶石墨，粒径为4um。

制备工艺同实验例1。

实验结果：

	热导系数w/m-k	粘着力N/cm
			实验例1	2.58	8.7
实验例2	2.87	7.3
			实验例3	3.04	6.1
实验例4	2.91	6.3
			实验例5	2.91	7.4
实验例6	3.07	7.4
			实验例7	3.14	7.6
实验例8	2.89	7.5
			对比例1	1.72	10.2
对比例2	3.25	4.9

从上述实施例和对比例可以得出结论，当石墨含量大于15%时，才能在丙烯酸聚合物中形成有效导热网链，随着石墨百分含量的增加，热导系数的增速明显增快，但是石墨含量不宜过高，过高会影响导热双面胶带的粘着力。使用单一的纳米级石墨粉末制作导热双面胶带，由于纳米粒子的聚团作用，比起使用微米级的石墨粉末制作导热双面胶带，其导热系数增加并不明显，而使用纳米石墨、微米石墨和亚微米石墨按比例混合，则导热双面胶带的导热系数都能得到一定的提升，而使用晶体均匀的石墨，在导热性能方面，也优于普通石墨。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种导热双面胶带，包括两个离型纸层与导热层，所述导热层的正面与背面分别覆盖有离型纸层，其特征在于：所述导热层包括如下组分：丙烯酸聚合物：55%-85%；石墨：15%~45%，所述石墨均匀分布于所述丙烯酸聚合物中。

2.如权利要求1所述的导热双面胶带，其特征在于：所述导热层包括如下组分：丙烯酸聚合物60%~80%；石墨20%~40%。

3.如权利要求1所述的导热双面胶带，其特征在于：所述导热层由如下组分组成：丙烯酸聚合物64%，石墨36%。

4.如权利要求1所述的导热双面胶带，其特征在于：所述导热层还包括10%的阻燃剂。

5.如权利要求1所述的导热双面胶带，其特征在于：所述石墨包括纳米级石墨粉末与微米级石墨粉末，所述纳米级石墨粉末与微米级石墨粉末之比为1:9~2:3。

6.如权利要求5所述的导热双面胶带，其特征在于：所述纳米级石墨粉末与微米级石墨粉末之比为1:5。

7.如权利要求1所述的导热双面胶带，其特征在于：所述石墨由纳米级石墨、微米级石墨与亚微米级石墨组成，所述纳米级石墨、亚微米级石墨与微米级石墨之比为1:1:3。

8.如权利要求1所述的导热双面胶带，其特征在于：所述石墨为鳞片状石墨或高结晶石墨。

9.一种热导双面胶的生产方法，其特征在于：所述生产方法包括如下步骤：

a、将石墨放入真空干燥箱内干燥半小时;

c、之后经过离心、过滤等步骤，将表面改性后的石墨粉末放入真空干燥箱中进行干燥；

d、将干燥后的石墨粉末加入丙烯酸胶水中，搅拌2小时，保证搅拌均匀，之后可根据需要加入阻燃剂，再搅拌2小时，保证搅拌均匀；

10.如权利要求9所述的导热双面胶带的生产方法，其特征在于：硅烷偶联剂为KH-550，所述钛酸酯偶联剂为NDZ-131。