CN104802467A

CN104802467A - 石墨膜的制造方法

Info

Publication number: CN104802467A
Application number: CN201410040011.2A
Authority: CN
Inventors: 李平
Original assignee: JIAXING ZHONGYI CARBON Technology Co Ltd
Current assignee: JIAXING ZHONGYI CARBON Technology Co Ltd
Priority date: 2014-01-27
Filing date: 2014-01-27
Publication date: 2015-07-29

Abstract

本发明公开了一种石墨膜的制造方法，它包括如下步骤：1）卷绕工序；2）低温碳化；3）高温石墨化；4）开卷收料，将人工石墨膜半成品和柔性石墨纸分别收卷；5）压延处理，将人工石墨膜半成品压附在离型膜或保护膜上；6）收卷包装。其中所述卷绕工序包括如下步骤：a.在石墨筒芯缠绕耐耐高温弹性材料；b.将高分子膜和柔性石墨纸贴合，并在步骤a的基础上接着缠绕在石墨筒芯上；c.当步骤b缠绕的高分子膜和柔性石墨纸达到既定的厚度后，用碳绳紧固。

Description

石墨膜的制造方法

技术领域：

本发明涉及用作电子设备、精密设备等的散热膜及散热器材料的石墨膜的制造方法，特别涉及平滑的长条状石墨膜的制造方法。

背景技术：

随着电子工业的不断发展，手机、电脑、液晶电视、以及各种集成电路板中的发热部件对散热的要求越来越高，因此石墨膜作为一种导热率高且呈薄膜状的导热材料在电子工业中得到广泛的应用，它可以有效地将电子部件所产生的热量向散热器等放热体传递，从而将电子部件的热量迅速扩散以降低发热的电子部件的温度。：现有石墨膜的制造方法是将单张的高分子膜夹于柔性石墨纸中进行热处理而得到，但这样石墨膜大小有限，生产效率低，而且在后续应用中受到限制，因此如何高效地生产出连续的石墨膜卷材成了当下热门的课题。要想得到连续的石墨膜卷材，高分子膜如PI膜需与辅料柔性石墨纸进行卷绕操作。这种卷材在烧结过程中，高分子膜会发生三种尺寸变化，第一为碳化过程中的平面尺寸收缩，第二为碳化过程中厚度方向的尺寸收缩，第三为石墨化过程中发生厚度方向的膨胀;第一种和第二种尺寸变化必须在有压力约束的状态下进行，否则高分子膜碳化后会出现自由翘曲，导致石墨化后表面质量不达标，无法进行压延等后道工序处理；第三种尺寸变化会导致辅料柔性石墨纸在刚性约束下受到巨大张力而断裂，因此无法重复利用，导致生产效率大幅降低，无法实现石墨膜卷材的规模量产。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题是提供一种全新的石墨膜的制造方法，它所采用的技术方案是：一种石墨膜的制造方法,它包括如下步骤：一种石墨膜的制造方法,包括如下步骤：1）、卷绕工序；2）、低温碳化；3）、高温石墨化；4）、开卷收料，将人工石墨膜半成品和柔性石墨纸分别收卷；5）、压延处理，将人工石墨膜半成品压附在离型膜或保护膜上；6）、收卷包装；其中所述卷绕工序包括如下步骤：a.在石墨筒芯缠绕耐高温弹性材料；b.将高分子膜和柔性石墨纸贴合，并在步骤a的基础上接着缠绕在石墨筒芯上；c.当步骤b缠绕的高分子膜和柔性石墨纸达到既定的厚度后，用碳绳紧固。

本发明更进一步的特征是：

所述步骤c中，当步骤b缠绕的高分子膜和柔性石墨纸达到既定的厚度后，用石墨板裹住，再用碳绳紧固。

所述步骤c中，当步骤b缠绕的高分子膜和柔性石墨纸达到既定的厚度后，再缠绕既定厚度的耐高温弹性材料，然后用石墨板裹住，再用碳绳紧固。

所述步骤b中，在缠绕的高分子膜和柔性石墨纸的过程中中断，缠绕既定厚度的耐高温弹性材料，再接着缠绕高分子膜和柔性石墨纸。

所述耐高温弹性材料为碳毡或石墨毡或陶瓷布毡。

所述高分子膜为PI膜或PA膜或PBI膜。

本发明的有益效果是：由于在卷绕工序最后用碳绳紧固，因此在碳化工序中可以对高分子膜和柔性石墨纸施加一定压力，使高分子膜碳化后不会出现自由翘曲；同时由于在卷绕工序中加入耐高温弹性材料层，因此在石墨化工序中可以为柔性石墨纸施加柔性约束，使石墨纸不会受到巨大张力而断裂，因此石墨纸可以得到重复利用。而且这种制造方法不仅可以生产出高质量的连续的石墨膜卷材，而且生产效率高，可以实现规模量产。

具体实施方式：

下面具体实施例对本发明做更进一步地说明。

实施例一

本实施例中，高分子膜采用PI膜，耐高温弹性材料采用碳毡。

一种石墨膜的制造方法,它包括如下步骤：一种石墨膜的制造方法,包括如下步骤：1）、卷绕工序：a.在石墨筒芯上缠绕碳毡；b.将PI膜和柔性石墨纸贴合，并在步骤a的基础上接着缠绕在石墨筒芯上；c.当步骤b缠绕的PI膜和柔性石墨纸达到既定的厚度后，用碳绳紧固；2）、低温碳化；3）、高温石墨化；4）、开卷收料，将人工石墨膜半成品和柔性石墨纸分别收卷；5）、压延处理，将人工石墨膜半成品压附在离型膜或保护膜等保护材料上；6）、收卷包装。

在本实施例中，碳绳张力根据卷材直径，碳毡的厚度，柔性石墨纸厚度，PI膜厚度等参数进行调节，保证PI膜在碳化烧结过程中始终保持一定的压力，使得PI膜碳化后连续平滑，无翘曲等不良，另外，碳毡在PI膜石墨化过程中可以提供一定的膨胀空间，使得柔性石墨纸不会发生断裂，可以重复利用，大幅提高石墨膜的生产效率；

本发明根据PI膜绕制圈数、单层PI膜原始厚度、单层PI膜碳化后厚度来计算耐高温弹性材料的厚度初始压缩量，并依此来调节碳绳张力。耐高温弹性材料的厚度初始压缩量=PI膜绕制圈数*（单层PI膜厚度-单层PI膜碳化后厚度），计算实例，绕制圈数2000圈，单层PI膜厚度50微米，碳化后厚度为35微米，则厚度初始压缩量为30mm。

本发明根据PI膜绕制圈数、单层PI石墨化后厚度、单层PI碳化后厚度来计算耐高温弹性材料的最大厚度压缩量。耐高温弹性材料最大厚度压缩量=PI膜绕制圈数*（单层PI膜石墨化后厚度-单层PI碳化后厚度），计算实例，绕制圈数2000圈，单层PI石墨化后厚度65微米，碳化后厚度为35微米，则耐高温弹性材料最大厚度压缩量为60mm。

本发明根据耐高温弹性材料最大厚度压缩量、单层碳毡厚度最大可压缩量来计算耐碳毡的绕制圈数。碳毡绕制圈数=最大厚度压缩量/单层碳毡厚度最大可压缩量，计算实例，最大厚度压缩量为60mm，单层耐高温弹性材料厚度最大可压缩量为6mm，则绕制圈数为60mm/6mm=10，应绕圈数为10圈。

假设坩埚直径为500mm，使用碳毡作为耐高温弹性材料，单层碳毡厚度为8mm，厚度最大可压缩量为7mm，石墨筒芯直径为70mm，PI膜初始厚度为50微米，碳化后厚度38微米，石墨化后厚度为65微米，柔性石墨纸厚度为0.1mm，PI膜绕制圈数为1250圈，最大厚度压缩量为（65-38）微米*1250/1000=33.75mm，绕制圈数为33.75/7=5圈，碳毡初始压缩（0.05-0.038）*1250=15mm,即每圈碳毡压缩3mm,则整个卷材最大外径为1250*(0.1+0.05)mm*2+70mm+5*(8-3)mm*2=495mm。

由于在卷绕工序最后用碳绳紧固，因此在碳化工序中可以对PI膜和柔性石墨纸施加一定压力，使PI膜碳化后不会出现自由翘曲；同时由于在卷绕工序中加入碳毡层，因此在石墨化工序中可以为柔性石墨纸施加柔性约束，使石墨纸不会受到巨大张力而断裂，因此石墨纸可以得到重复利用。而且这种制造方法不仅可以生产出高质量的连续的石墨膜卷材，而且生产效率高，可以实现规模量产。

实施例二：

其他步骤同实施例1，只是在所述步骤c中，当步骤b缠绕的PI膜和柔性石墨纸达到既定的厚度后，用石墨板裹住，再用碳绳紧固。由于采用石墨板裹住后再用碳绳紧固，因此碳绳的紧固力可以更均匀地作用在内部卷材上。碳毡初始压缩量以及碳毡绕制圈数的算法同实施例一一致。

实施例三：

其他步骤同实施例1，只是在所述步骤c中，当步骤b缠绕的PI膜和柔性石墨纸达到既定的厚度后，再缠绕既定厚度的碳毡，然后用石墨板裹住，再用碳绳紧固。由于内外均卷绕有碳毡，并在最后用石墨板裹住后再用碳绳紧固，因此碳绳的紧固力可以更均匀地作用在内部卷材上。碳毡初始压缩量以及碳毡绕制圈数的算法同实施例一一致。

实施例四：

其他步骤同实施例1，只是在所述步骤b中，在缠绕的PI膜和柔性石墨纸的过程中中断，缠绕既定厚度的碳毡，再接着缠绕PI膜和柔性石墨纸。碳毡初始压缩量以及碳毡绕制圈数的算法同实施例一一致。

本发明中低温碳化是将高分子膜预加热至至少800℃左右的温度的工序，是将高分子膜加热分解而得到碳化膜的工序。高温石墨化是以1800℃以上的温度对碳化工序中制成的碳化膜或高分子膜加热，制成原料石墨膜的工序。

以上仅是对本发明的示例性介绍，例如所选高分子膜为PI膜即聚酰亚胺膜,在实际应用中，还可以选用PA膜即聚酰胺膜、PBI膜即聚苯并咪唑膜、PBBI膜即聚苯并双咪唑膜、PPV膜即聚对亚苯基亚乙烯膜等；同样上述实施例中耐高温弹性材料采用碳毡，还可以选用石墨毡、陶瓷布毡等。而且耐高温弹性材料的卷绕并不拘泥于上述卷绕方式，还可以先在石墨筒芯上卷绕一段，接着卷绕高分子膜和柔性石墨纸，再卷绕一段耐高温弹性材料，接着卷绕高分子膜和柔性石墨纸，最后再卷绕一段耐高温弹性材料，最后再用碳绳紧固或石墨板加碳绳紧固，目的是为了高分子膜受压均匀，从而提高生产出的石墨膜的质量。因此本发明的覆盖范围不限于上述实施例，相反，本发明涵盖所有在字面上或在等效形式的教导下实质上落在权利要求的范围内的所有技术方案。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims

1.一种石墨膜的制造方法,包括如下步骤：1）、卷绕工序；2）、低温碳化；3）、高温石墨化；4）、开卷收料，将人工石墨膜半成品和柔性石墨纸分别收卷；5）、压延处理，将人工石墨膜半成品压附在离型膜或保护膜上；6）、收卷包装；其特征在于所述卷绕工序包括如下步骤：a.在石墨筒芯缠绕耐高温弹性材料；b. 将高分子膜和柔性石墨纸贴合，并在步骤a的基础上接着缠绕在石墨筒芯上；c.当步骤b缠绕的高分子膜和柔性石墨纸达到既定的厚度后，用碳绳紧固。

2.如权利要求1所述的石墨膜的制造方法,其特征在于：所述步骤c中，当步骤b缠绕的高分子膜和柔性石墨纸达到既定的厚度后，用石墨板裹住，再用碳绳紧固。

3.如权利要求1所述的石墨膜的制造方法,其特征在于：所述步骤c中，当步骤b缠绕的高分子膜和柔性石墨纸达到既定的厚度后，再缠绕既定厚度的耐高温弹性材料，然后用石墨板裹住，再用碳绳紧固。

4.如权利要求1所述的石墨膜的制造方法,其特征在于：所述步骤b中，在缠绕的高分子膜和柔性石墨纸的过程中中断，缠绕既定厚度的耐高温弹性材料，再接着缠绕高分子膜和柔性石墨纸。

5.如权利要求1－4中任一权利要求所述的石墨膜的制造方法,其特征在于：所述耐高温弹性材料为碳毡或石墨毡或陶瓷布毡。

6.如权利要求1－4中任一权利要求所述的石墨膜的制造方法,其特征在于：所述高分子膜为PI膜或PA膜或PBI膜。