CN104592831B - 导热涂料及导热膜的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了导热涂料及导热膜的制备方法，使用后形成的膜层的散热性能优异。该导热涂料按照质量份数包括：主体树脂12‑40份，单分散填料1‑3份，多分散填料18‑30份，稀释剂30‑60份，单分散填料的平均粒径D1为20‑50μm，多分散填料的平均粒径D2为0.033D1‑0.167D1。该方法是先将单分散填料和多分散填料分散于稀释剂中，如果需要助剂，则再加入助剂，然后搅拌10‑30分钟，接着加入主体树脂，再搅拌8‑15分钟，得到导热涂料，使用前，如果需要固化剂，则先加入固化剂搅拌均匀，接着将导热涂料通过涂布或喷涂方式覆盖在物体表面形成导热膜。
Description
技术领域
本发明涉及导热涂料制造领域，尤其涉及导热涂料及导热膜的制备方法。
背景技术
随着科技水平的全面进步，电子电器、机械设备越来越精巧，向着小型化，多功能化发展。但是随之而来引起的一个问题越来越受到重视：散热。例如目前电子芯片的小型化和集成化、高频率和高运算速度使得单位芯片的热流密度迅速升高。如计算机CPU芯片在运行过程中产生的热流密度已达到60-100W/cm2，半导体激光器中甚至达到103W/cm2数量级。而电子器件正常的工作温度范围为-5℃至65℃，最大允许工作温度为100℃至120℃。过高的温度会损毁线路，损伤电路的连接界面，增加导体的阻值和形成机械应力损伤，降低寿命。由此可见，电子散热问题已成为制约电子工业发展的瓶颈，而高效的电子散热技术已成为一个研究热点。
导热涂料是一种界面散热材料，有应用于传统工业的品种，也有应用于微电子行业和光电行业的品种。导热涂料主要是由主体树脂加各种填料混合，并稀释至一定的粘度而成。
现阶段公布的导热涂料都是成型固化为平整的膜层，膜层内含有不同的导热填料。之前公开的专利都只是在导热填料类型或者形状上做创新，但是忽略了散热界面本身形状具有局限性的问题。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种使用后形成的膜层的散热性能优异的导热涂料。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
导热涂料，按照质量份数包括：主体树脂12-40份，单分散填料1-3份，多分散填料18-30份，稀释剂30-60份，单分散填料的平均粒径D1为20-50μm，多分散填料的平均粒径D2为0.033D1-0.167D1；
其中，
所述主体树脂包括以下物质的一种或多种：丙烯酸树脂、聚氨酯树脂、酚醛树脂、环氧树脂；
所述单分散填料包括以下物质的一种或多种：碳化硅、氮化铝、金、银、铜、氮化硼、石墨；
所述多分散填料包括以下物质的一种或多种：碳化硅、氮化铝、氮化硼、石墨、氧化铝、镍、锌、金、铜、银；
稀释剂包括以下物质的一种或多种：乙酸乙酯、乙酸丁酯、甲苯、二甲苯、丁酮、丙酮、苯甲醇、环己酮、醚醇。
上述导热涂料使用后，多分散填料在膜内形成导热通路，单分散填料的一部分位于膜内，另一部分裸露在膜外，在膜内的部分作为导热通路，裸露在膜外部的部分作为热交换源。此结构能大幅提高热交换散热面积，从而可提高形成的膜层的散热效率。
进一步的是：所述多分散填料包括一级填料和二级填料，一级填料与二级填料的质量比为1：5至1：30，一级填料的平均粒径为0.167D1，二级填料的平均粒径为0.033D1。
进一步的是：一级填料与二级填料的质量比为1：10至1：15。
进一步的是：所述单分散填料的形状为球状。
进一步的是：所述单分散填料的裸露面积为球状表面积的45％-55％。
进一步的是：所述单分散填料的裸露面积为球状表面积的50％。
进一步的是：所述多分散填料的形状为球状、片状、六方体状或纤维状。
进一步的是：还包括助剂，助剂的质量份数为：1-5份。
进一步的是：所述助剂选自分散剂、消泡剂、增稠剂中的一种或多种。
本发明还提供了导热膜的制备方法，采用上述导热涂料，先将单分散填料和多分散填料分散于稀释剂中，如果需要助剂，则再加入助剂，然后搅拌10-30分钟，接着加入主体树脂，再搅拌8-15分钟，得到导热涂料，使用前，如果需要固化剂，则先加入固化剂搅拌均匀，接着将导热涂料通过涂布或喷涂方式覆盖在物体表面形成导热膜。
本发明的有益效果是：由于形成的导热膜的形状与现有的平面形状的导热膜明显不同，各种填料的使用有效增加了形成的膜层的散热面积，从而使该高热涂料使用后其散热效果明显提升。
附图说明
图1为导热涂料形成的膜层的结构示意图；
图中标记为：单分散填料1，一级填料2，二级填料3。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
本发明的导热涂料，按照质量份数包括：主体树脂12-40份，例如可以为13、15、20、39份等，单分散填料1-3份，例如可以为1、2、3份等，多分散填料18-30份，例如可以为19、20、29份等，稀释剂30-60份，例如可以为31、40、50、60份等，单分散填料的平均粒径D1为20-50μm，多分散填料的平均粒径D2为0.033D1-0.167D1；其中，所述主体树脂包括以下物质的一种或多种：丙烯酸树脂、聚氨酯树脂、酚醛树脂、环氧树脂；所述单分散填料包括以下物质的一种或多种：碳化硅、氮化铝、金、银、铜、氮化硼、石墨；所述多分散填料包括以下物质的一种或多种：碳化硅、氮化铝、氮化硼、石墨、氧化铝、镍、锌、金、铜、银；稀释剂包括以下物质的一种或多种：乙酸乙酯、乙酸丁酯、甲苯、二甲苯、丁酮、丙酮、苯甲醇、环己酮、醚醇。由于单分散填料和多分散填料的粒径有显著差异，使得最终形成如图1所示的结构，这种结构可有效增加膜层的散热面积，从而提高膜层的散热效率。
在上述基础上，所述多分散填料包括一级填料和二级填料，一级填料与二级填料的质量比为1：5至1：30，一级填料的平均粒径为0.167D1，二级填料的平均粒径为0.033D1。通过将多分散填料进行进一步分级，使得不同粒径的填料之间形成更加紧密、导热效率更高的结构，膜层内部的导热通道显著增加。但通过实验发现，仅仅靠粒径的差异化虽然能将导热性能进一步提高，但有时提高幅度并不明显。通过研究发现，这种情况的出现是由于一级填料和二级填料的质量比以及各种填料的粒径的大小所决定的。因此，通过深入研究，为了达到明显提高导热性能的目的，需要采用本发明的上述质量比和粒径大小，其导热性能与不分级的情况相比，可提高15-20％。最优化的选择是：一级填料与二级填料的质量比为1：10至1：15。此种情况下，导热性能可提高20％。
上述多分散填料的形状可为球状、片状、六方体状或纤维状。其中，以球状为最佳。上述单分散填料的形状可为球状或多面体形状，优选为球状，因其散热面积以及与多分散填料的接触面积较大。而且，通过实验证明，单分散填料的裸露面积对于导热性能也有影响。由于单分散填料的一部分是位于膜内，另一部分是位于膜外，因此起到承上启下的作用。其裸露在膜外部分的面积与其在膜内的面积之间的比例关系对导热性能起到一定影响。当单分散填料的形状为球状时，单分散填料的裸露面积为球状表面积的45％-55％，这种情况下，导热性能比其它情况的导热性能好，尤其是为50％时，达到最优的导热性能。
由于某些情况下，导热涂料需要使用相关助剂来达到一定效果，这种情况下，助剂的质量份数为：1-5份。所述助剂选自分散剂、消泡剂、增稠剂中的一种或多种。
上述导热涂料的制作方法为：先将单分散填料和多分散填料分散于稀释剂中，如果需要助剂，则再加入助剂，然后搅拌10-30分钟，接着加入主体树脂，再搅拌8-15分钟，得到导热涂料。上述导热涂料使用前，如果需要固化剂，则先加入固化剂搅拌均匀，接着将导热涂料通过涂布或喷涂方式覆盖在物体表面形成导热膜。
通过实验证明，按照ASTM D5470标准，本发明的涂料使用后，导热性能可达到700-850w/(m·k)。
以下给出具体的实施例：
实施例1
以下皆为质量份数：
按照上述配方，将单分散球形填料和多分散填料分散于稀释剂中，加入助剂，搅拌20分钟，加入主体树脂，再搅拌10分钟，使用前加入固化剂搅拌均匀即得到本实施例的导热涂料。
实施例2
以下皆为质量份数：
按照上述配方，将单分散球形填料和多分散填料分散于溶剂中，加入助剂，搅拌20分钟，加入主体树脂，再搅拌10分钟，即得到本实施例的导热涂料。
实施例3
以下皆为质量份数：
按照上述配方，将单分散球形填料和多分散填料分散于溶剂中，加入助剂，搅拌20分钟，加入主体树脂，再搅拌10分钟，即得到本实施例的导热涂料。
实施例4
以下皆为质量份数：
按照上述配方，将单分散球形填料和多分散填料分散于溶剂中，高速搅拌20分钟，加入主体树脂，再搅拌10分钟，即得到本实施例的导热涂料。
各项实施例效果如表1
| 项目 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 |
| 光泽度 | 哑光 | 哑光 | 哑光 | 哑光 |
| 附着力 | 一级 | 一级 | 一级 | 一级 |
| 硬度 | 2H | 2H | 2H | 2H |
| 导热性能(120℃) | 优异 | 优异 | 优异 | 优异 |
| 耐热性 | 优异 | 优异 | 优异 | 优异 |
| 阻燃性 | 一般 | 一般 | 一般 | 一般 |
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.导热涂料，其特征在于：
按照质量份数包括：主体树脂12-40份，单分散填料1-3份，多分散填料18-30份，稀释剂30-60份，单分散填料的平均粒径D1为20-50μm，多分散填料的平均粒径D2为0.033D1-0.167D1；
其中，
所述主体树脂包括以下物质的一种或多种：丙烯酸树脂、聚氨酯树脂、酚醛树脂、环氧树脂；
所述单分散填料包括以下物质的一种或多种：碳化硅、氮化铝、金、银、铜、氮化硼、石墨；
所述多分散填料包括以下物质的一种或多种：碳化硅、氮化铝、氮化硼、石墨、氧化铝、镍、锌、金、铜、银；
稀释剂包括以下物质的一种或多种：乙酸乙酯、乙酸丁酯、甲苯、二甲苯、丁酮、丙酮、苯甲醇、环己酮、醚醇；
所述多分散填料包括一级填料和二级填料，一级填料与二级填料的质量比为1：5至1：30，一级填料的平均粒径为0.167D1，二级填料的平均粒径为0.033D1。
2.如权利要求1所述的导热涂料，其特征在于：一级填料与二级填料的质量比为1：10至1：15。
3.如权利要求1所述的导热涂料，其特征在于：所述单分散填料的形状为球状。
4.如权利要求3所述的导热涂料，其特征在于：所述单分散填料的裸露面积为球状表面积的45％-55％。
5.如权利要求4所述的导热涂料，其特征在于：所述单分散填料的裸露面积为球状表面积的50％。
6.如权利要求1所述的导热涂料，其特征在于：所述多分散填料的形状为球状、片状、六方体状或纤维状。
7.如权利要求1所述的导热涂料，其特征在于：还包括助剂，助剂的质量份数为：1-5份。
8.如权利要求7所述的导热涂料，其特征在于：所述助剂选自分散剂、消泡剂、增稠剂中的一种或多种。
9.导热膜的制备方法，其特征在于：采用权利要求1-8中任意一项所述的导热涂料，先将单分散填料和多分散填料分散于稀释剂中，如果需要助剂，则再加入助剂，然后搅拌10-30分钟，接着加入主体树脂，再搅拌8-15分钟，得到导热涂料，使用前，如果需要固化剂，则先加入固化剂搅拌均匀，接着将导热涂料通过涂布方式覆盖在物体表面形成导热膜。
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