CN105188322A - 一种超薄纳米散热膜材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超薄纳米散热膜材料的制备方法，该包括超薄纳米散热膜材料包括纳米涂层、基体层和胶体层，纳米涂层由80-90wt％的溶剂型树脂油墨和10-20wt％的纳米级无机微粒助剂组成，胶体层由30-90wt％的丙烯酸胶水和10-70wt％的纳米级无机微粒助剂组成，在一定温度下将纳米涂层和胶体层分别涂覆在基体层的电解面或光面上进行充分固化制得超薄纳米散热膜材料。本发明制得的超薄纳米散热膜材料具有优良的散热效果，安全可靠，且组装贴合简单，使用方便，可广范的应用于手机、智能手机、电脑、通讯设备及其它电子产品需要散热的部分。
Description
技术领域
本发明涉及一种散热膜材料，尤其涉及一种超薄纳米散热膜材料及其制备方法。
背景技术
随着智能手机的发展和电池的扩容及其它电子产品功能多元化，电子产品的功能娱乐性越来越强，对元器件运算的强度越来越高，体型空间也越做越小，随之而来的就是芯片发热量越来越大，最终导致芯片等核心电子元器件由于局部温度太高而经常面临电子产品的死机，严重的直接烧毁导致无法使用。
鉴于此，各式各样的散热器件便应运而生，以期达到提升散热效率的目的。从现有技术来看，应用于散热器件通常以铜质或铝合金为当前散热技术的主流，散热器的结构主要为鳍片。散热鳍片平行排列并垂直连接在底板上，使用时，底板贴合于电子器件上，将热量传导至散热鳍片上，再借助外在空气对流将散热鳍片上的热量带走。但是这种散热器在尺寸上只能做得较大，难以适应目前电子器件微小化的趋势，因此散热器在微小化的问题上尚有待突破。另外，这种鳍形散热片由于尺寸较大，热量从电子器件传送的鳍片上需要较长的过程，散热效率并不高。
目前使用的天然及人工石墨片虽有很好的散热效果，但其良好的导电性能及高成本影响了它应用的局限性，一般使用均要用绝缘的PET单面或双面胶带对其进行包边处理，此包边工艺加工难度大，不良率高，成本高。因此，目前市场上急需一种散热效率高，绝缘性好、不导电、生产成本低、适用性广的散热膜材料。
发明内容
本发明的目的是提供一种超薄纳米散热膜材料的制备方法，用于解决上述现有技术存在的散热效率低、绝缘性差、生产成本高、应用范围小的问题。
本发明的一个方面，提供一种超薄纳米散热膜材料，包括纳米涂层、基体层和胶体层，所述纳米涂层由80-90wt％的溶剂型树脂油墨和10-20wt％的纳米级无机微粒助剂组成；所述胶体层由30-90wt％的丙烯酸胶水和10-70wt％的纳米级无机微粒助剂组成。
进一步地，所述纳米涂层由82-87wt％的溶剂型树脂油墨和13-18wt％的纳米级无机微粒助剂组成；
更进一步地，所述纳米涂层由85wt％的溶剂型树脂油墨和15wt％的纳米级无机微粒助剂组成；
进一步地，所述胶体层由50-70wt％的丙烯酸胶水和30-50wt％的纳米级无机微粒助剂组成。
更进一步地，所述胶体层由65wt％的丙烯酸胶水和35wt％的纳米级无机微粒助剂组成。
进一步地，所述纳米涂层厚度为0.005-0.05mm，基体层厚度为0.01-0.5mm，胶体层厚度为0.01-0.3mm。
更进一步地，所述纳米涂层厚度为0.04mm，基体层厚度为0.3mm，胶体层厚度为0.01mm。
进一步地，所述纳米级无机微粒助剂选自纳米碳管、纳米石墨粉、纳米氧化铝粉、纳米氮化铝粉或纳米氮化硼粉末中的一种或多种。
进一步地，所述纳米级无机微粒助剂为纳米石墨粉和纳米氧化铝粉。
进一步地，所述纳米级无机微粒助剂为纳米石墨粉。
进一步地，所述溶剂型树脂油墨为丙烯酸树脂、环氧树脂或聚氨酯树脂中一种或多种。
进一步地，所述溶剂型树脂油墨为聚氨酯树脂。
进一步地，所述基体层为电解铜箔或压延铜箔。
本发明的另一个方面，还提供了一种超薄纳米散热膜材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，分别制备纳米涂层材料和胶体层材料：其中
纳米涂层材料制备方法为：将纳米级无机微粒助剂加入溶剂型树脂油墨中，在分散机中进行充分分散，制得纳米涂层材料，以所述纳米涂层重量为基准，纳米涂层中溶剂型树脂油墨含量为80-90wt％，纳米级无机微粒助剂为10-20wt％；
胶体层材料制备方法为：将纳米级无机微粒助剂加入丙烯酸胶水胶水中，在分散机中进行充分分散，制得胶体层材料，以所述胶体层重量为基准，胶体层中丙烯酸胶水含量为30-90wt％，纳米级无机微粒助剂为10-70wt％；
步骤2，将上述步骤1制得的纳米涂层材料在温度70-120℃或UV灯下，涂覆在基体层的电解面或光面上进行充分固化；将上述步骤1制得的胶体层材料在温度120-200℃或UV灯下涂覆在基体层的光面或电解面上进行充分固化，制得超薄纳米散热膜材料。
进一步地，所述超薄纳米散热膜材料中纳米涂层厚度为0.005-0.05mm，基体层度为0.01-0.5mm，胶体层厚度为0.01-0.3mm。
进一步地，所述纳米级无机微粒选自纳米碳管、纳米石墨粉、纳米氧化铝粉、纳米氮化铝粉或纳米氮化硼粉末中的一种或多种。
进一步地，所述溶剂型树脂油墨为丙烯酸树脂、环氧树脂或聚氨酯树脂中一种或多种。
进一步地，所述基体层为电解铜箔或压延铜箔。
进一步地，在所述步骤1中，制备纳米涂层材料的分散机转速为1000转/分钟，分散时间为30分钟；制备胶体层材料的分散机转速为1000转/分钟，分散时间为30分钟。
进一步地，在所述步骤2中，所述涂覆纳米涂层材料和胶体层材料采用涂布机或6色以上的凹版印刷机。
进一步地，还包括步骤3，在所述超薄纳米散热膜材料的胶体层上贴有厚度为0.05-0.2mm的底纸，所述底纸为离型纸或离型膜。
本发明提供的一种超薄纳米散热膜材料的制备方法，采用的电解铜箔及压延铜箔其中的任意一种具有优异的散热性能，良好的机械强度，制得的超薄纳米散热膜材料抗拉强度大于200MPa；纳米涂层由油墨和粉体组成，加入粉体的涂层具有绝缘，防溶剂，热扩散及散热效果；高粘丙稀酸胶体，胶体由丙稀酸胶水和粉体组成，加入粉体的胶体具有高粘性，热扩散及散热效果好；该超薄纳米散热膜材料加工容易，良品率高，成本低等特点。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：1、本发明制得的超薄纳米散热膜材料使用范围广：因其优异的散热效果，良好的机械强度及粘性，加工的便利性，可广范的应用于手机，智能手机，电脑，通讯设备及其它电子产品需要散热的部分；2、安全可靠：产品符合环保要求，无污染；3、散热效果好：其散热效果等同于或优于石墨片的散热效果；4、组装方便：超薄纳米散热膜材料一面涂有丙烯酸胶水胶或纳米丙烯酸胶水或导热丙烯酸胶水胶，组装贴合简单，使用方便。
附图说明
图1本发明一种超薄纳米散热膜材料的结构示意图；
其中，1-纳米涂层，2-基体层，3-胶体层，4-底纸。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，对本发明作进一步的详细说明。
本发明提供了一种超薄纳米散热膜材料，包括纳米涂层1、基体层2和胶体层3，纳米涂层1由80-90wt％的溶剂型树脂油墨和10-20wt％的纳米级无机微粒助剂组成；胶体层3由30-90wt％的丙烯酸胶水和10-70wt％的纳米级无机微粒助剂组成。优选地，纳米涂层1由82-87wt％的溶剂型树脂油墨和13-18wt％的纳米级无机微粒助剂组成；更为优选地，纳米涂层1由85wt％的溶剂型树脂油墨和15wt％的纳米级无机微粒助剂组成；优选地，胶体层3由50-70wt％的丙烯酸胶水和30-50wt％的纳米级无机微粒助剂组成；优选地，胶体层3由65wt％的丙烯酸胶水和35wt％的纳米级无机微粒助剂组成。
纳米级无机微粒助剂选自纳米碳管、纳米石墨粉、纳米氧化铝粉、纳米氮化铝粉或纳米氮化硼粉末中的一种或多种。优选地，纳米级无机微粒助剂为纳米石墨粉和纳米氧化铝粉。更为优选地，纳米级无机微粒助剂为纳米石墨粉。溶剂型树脂油墨为丙烯酸树脂、环氧树脂或聚氨酯树脂中一种或多种；优选地，溶剂型树脂油墨为聚氨酯树脂。基体层2为电解铜箔或压延铜箔，优选电解铜箔。
制得的超薄纳米散热膜材料中：纳米涂层厚度为0.005-0.05mm，基体层2厚度为0.01-0.5mm，胶体层厚度为0.01-0.3mm；优选地是，纳米涂层厚度为0.025-0.04mm，铜箔厚度为0.3-0.4mm，胶体层厚度为0.05-0.1mm；更为优选地，纳米涂层厚度为0.04mm，基体层2厚度为0.3mm，胶体层厚度为0.01mm。
实施例1制备超薄纳米散热膜材料
步骤1，分别制备纳米涂层材料和胶体层材料：其中
将50g纳米石墨粉和100g纳米氧化铝粉加入850g溶剂型聚氨酯树油墨中，在分散机中进行充分分散，分散机转速为1000转/分钟，分散时间为30分钟，制得纳米涂层材料：
然后，将300g纳米石墨粉加入700g丙烯酸胶水胶水中，在分散机中进行充分分散，分散机转速为1000转/分钟，分散时间为30分钟，制得胶体层材料；
步骤2，将上述步骤1制得的纳米涂层材料在温度120℃下，采用6色以上的凹版印刷机印刷在0.03mm厚的电解铜箔电解面上，进行充分固化后，纳米涂层厚度为0.04mm；将上述步骤1制得的胶体层材料在温度120℃下采用涂布机涂布在0.03mm的电解铜箔的光面上，进行充分固化，制得胶体层厚度为0.01mm超薄纳米散热膜材料。
步骤3，在上述步骤2制得的超薄纳米散热膜材料的胶体层上贴上厚度为0.05mm的离型纸，制得超薄纳米散热膜材料1。
实施例2制备方法与实施例1相同，不同的是，在步骤2中，纳米涂层的喷涂厚度为0.005mm，采用的电解铜箔厚度为0.3mm，胶体层的喷涂厚度为0.05mm，制得的超薄纳米散热膜材料2。
实施例3制备方法与实施例1相同，不同的是在步骤2中，纳米涂层的喷涂厚度为0.05mm，采用的电解铜箔厚度为0.1mm，胶体层的喷涂厚度为0.05mm，制得的超薄纳米散热膜材料3。
实施例4制备超薄纳米散热膜材料
步骤1，分别制备纳米涂层材料和胶体层材料：其中
将90g纳米碳管、110g纳米石墨粉加入800g溶剂型环氧树脂油墨中，在分散机中进行充分分散，分散机转速为1000转/分钟，分散时间为30分钟，制得纳米涂层材料：
然后，将200g纳米碳管和400g纳米氮化铝粉加入400g丙烯酸胶水中，在分散机中进行充分分散，分散机转速为1000转/分钟，分散时间为30分钟，制得胶体层材料；
步骤2，将上述步骤1制得的纳米涂层材料在UV灯下，采用凹版印刷机涂布在0.3mm厚的电解铜箔电解面上，进行充分固化后，纳米涂层厚度为0.25mm；将上述步骤1制得的胶体层材料在UV灯下采用涂布机涂布在、电解铜箔的光面上，进行充分固化，制得胶体层厚度为0.05mm超薄纳米散热膜材料。
步骤3，在上述步骤2制得的超薄纳米散热膜材料的胶体层上贴上厚度为0.05mm的离型纸，制得超薄纳米散热膜材料4。
实施例5制备方法与实施例4相同，不同的是在步骤1中，纳米涂层组分用量为100g纳米碳管和900g溶剂型聚氨酯树油墨；胶体层组分用量为700g丙烯酸胶水、150g纳米碳管和150g纳米氮化铝粉。制得厚度规格大小一致的超薄纳米散热膜材料5。
实施例6制备方法与实施例4相同，不同的是在步骤1中，纳米涂层组分用量为90g纳米碳管、110g纳米石墨粉和800g溶剂型氧树脂油墨；胶体层组分用量为850g丙烯酸胶水、50g纳米碳管和100g的纳米氮化铝粉。制得厚度规格大小一致的超薄纳米散热膜材料6。
实施例7制备超薄纳米散热膜材料
步骤1，分别制备纳米涂层材料和胶体层材料：其中
将60g纳米碳管、20g纳米石墨粉和70g纳米氮化硼粉末加入850g溶剂型环氧树脂油墨中，在分散机中进行充分分散，分散机转速为1000转/分钟，分散时间为30分钟，制得纳米涂层材料：
然后，将300g纳米碳管和350g纳米氮化铝粉加入350g丙烯酸胶水中，在分散机中进行充分分散，分散机转速为1000转/分钟，分散时间为30分钟，制得胶体层材料；
步骤2，将上述步骤1制得的纳米涂层材料在UV灯下，采用凹版印刷机涂布在0.3mm厚的压延铜箔电解面上，进行充分固化后，纳米涂层厚度为0.25mm；将上述步骤1制得的胶体层材料在UV灯下采用涂布机涂布在压延铜箔的光面上，进行充分固化，制得胶体层厚度为0.05mm超薄纳米散热膜材料。
步骤3，在上述步骤2制得的超薄纳米散热膜材料的胶体层上贴上厚度为0.05mm的离型膜4。制得超薄纳米散热膜材料7。
实施例8制备方法与实施例7相同，不同的是在步骤1中，纳米涂层组分用量为90g纳米碳管、110g纳米石墨粉、400g溶剂型环氧树脂油墨和450g丙烯酸树脂油墨；胶体层组分用量为650g丙烯酸胶水、150g纳米碳管200g纳米石墨粉。采用实施例1的制备方法，制得厚度规格大小一致的超薄纳米散热膜材料8。
实施例9制备方法与实施例7相同，不同的是在步骤1中，纳米涂层组分用量为150g纳米石墨粉和850g聚氨酯树脂油墨；胶体层组分用量为650g的丙烯酸胶水、350g的纳米氮化铝粉。采用实施例1的制备方法，制得厚度规格大小一致的超薄纳米散热膜材料9。
产品性能检测：
散热膜材料的性能通过导热系数体现，可通过检测该散热膜材料的导热系数测试其性能是否达到设计要求。具体检测方法为：
检测项目：导热系数(纵/横向)
检测方法：ASTME1461-11用闪光法测定热扩散率的标准试验方法
检测环境：温度：23℃-25℃湿度：50％RH-60％RH
检测仪器:1)密度天平型号：BSA224S-CW编号：25391498
2)激光闪色法导热分析仪型号：NETZSCHFA447编号：7443990002
3)示差扫描量热仪型号：NETZSCHDSC204F1编号：7443030001检测方法：依据ASTME1461-11的方法和委托单位要求，对上述实施例1-9所制备的超薄纳米散热膜材料进行纵向测试、横向测试，测试温度:：25℃，导热系数＝密度x比热容x热扩散系数。
测结果：如下表(一)
表(一)实施例1-9制备的超薄纳米散热膜材料的检测数据
同时，本发明可具体应用在电子元器件上，具体应用项目举例说明如下：
应用例1在手机上的应用
手机屏支架：纳米散热膜
手机电池盖：纳米散热膜0.09mmTx85mmx51mm1PCS0.05mmTx8mmx10mm1PCS
1.手机未加纳米散热膜的温度测试数据如下表(二)：
表(二)
| 时间 | 22:12 | 22:22 | 22:32 | 22:42 | 22:52 | 23:02 | 23:12 |
| 屏面温度 | 34.5 | 47.5 | 49.8 | 51 | 48.8 | 50.1 | 49.7 |
| 电池盖温度 | 30.6 | 47.5 | 48 | 49.2 | 48.2 | 49.7 | 49.3 |
| 室温 | 24.7 | 26 | 25.3 | 25.2 | 24.7 | 24.7 | 24.6 |
| 屏面温差 | 9.8 | 21.5 | 24.5 | 25.8 | 24.1 | 25.4 | 25.1 |
| 电池盖温差 | 5.9 | 21.5 | 22.7 | 24 | 23.5 | 25 | 24.7 |
2.手机加贴纳米散热膜后的温度测试数据如下表(三)：
表(三)
| 时间 | 4:46 | 4:56 | 5:06 | 5:16 | 5:26 | 5:36 | 5:46 |
| 屏面温度 | 34.2 | 41.3 | 42.5 | 43.5 | 44.6 | 45 | 45 |
| 电池盖温度 | 30.1 | 37.6 | 37 | 38.6 | 41.8 | 40.1 | 41.3 |
| 室温 | 24 | 25.2 | 25.1 | 24.9 | 24.8 | 24.6 | 25.5 |
| 屏面温差 | 10.2 | 16.1 | 17.4 | 18.6 | 19.8 | 20.4 | 19.5 |
| 电池盖温差 | 6.1 | 12.4 | 11.9 | 13.7 | 17 | 15.5 | 15.8 |
应用例2在导航仪上的应用
主板石墨片：0.05mmT*63*87mm
后盖纳米碳铜：0.08mmT*52.5*64mm
中框背面(面对电池盖)纳米碳铜：0.08mmT*59*70mm
1.未加纳米散热膜的温度测试数据如下表(四)：
表(四)
2.加入纳米散热膜后温度测试数据如下表(五)：
表(五)
通过上述实施例1-9导热系数检测结果以及应用实施例1-2在应用过程中的温度检测结果知，本发明提供的一种超薄纳米散热膜材料可广范的应用于手机、智能手机、电脑、通讯设备及其它电子产品需要散热的部分；该超薄纳米散热膜材料安全可靠：产品符合环保要求，无污染，其散热效果等同于或优于石墨片的散热效果，且组装贴合简单，使用方便。
以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。
Claims (10)
1.一种超薄纳米散热膜材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，分别制备纳米涂层材料和胶体层材料：其中
纳米涂层材料制备方法为：将纳米级无机微粒助剂加入溶剂型树脂油墨中，在分散机中充分分散，制得纳米涂层材料，以所述纳米涂层重量为基准，纳米涂层中溶剂型树脂油墨为80-90wt％、纳米级无机微粒助剂为10-20wt％；
胶体层材料制备方法为：将纳米级无机微粒助剂加入丙烯酸胶水中，在分散机中进行充分分散，制得胶体层材料，以所述胶体层重量为基准，胶体层中丙烯酸胶水为30-90wt％、纳米级无机微粒助剂为10-70wt％；
步骤2，将上述步骤1制得的纳米涂层材料在温度70-120℃或UV灯下，涂覆在基体层的电解面或光面上进行充分固化；将上述步骤1制得的胶体层材料在温度120-200℃或UV灯下涂覆在基体层的光面或电解面上进行充分固化，制得超薄纳米散热膜材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述纳米级无机微粒选自纳米碳管、纳米石墨粉、纳米氧化铝粉、纳米氮化铝粉或纳米氮化硼粉末中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述溶剂型树脂油墨为丙烯酸树脂、环氧树脂或聚氨酯树脂中一种或多种。
4.根据权利要求1所述的超薄纳米散热膜材料，其特征在于，所述纳米级无机微粒助剂选自纳米碳管、纳米石墨粉、纳米氧化铝粉、纳米氮化铝粉或纳米氮化硼粉末中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述基体层为电解铜箔或压延铜箔。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤2中，所述涂覆纳米涂层材料和胶体层材料采用涂布机或6色以上的凹版印刷机。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，还包括
步骤3，在所述超薄纳米散热膜材料的胶体层上贴有厚度为0.05-0.2mm的底纸，所述底纸为离型纸或离型膜。
8.一种如权利要求1-7任一项所述的方法制备的超薄纳米散热膜材料，其特征在于，包括纳米涂层、基体层和胶体层，所述纳米涂层由80-90wt％的溶剂型树脂油墨和10-20wt％的纳米级无机微粒助剂组成；所述胶体层由30-90wt％的丙烯酸胶水和10-70wt％的纳米级无机微粒助剂组成。
9.根据权利要求8所述的超薄纳米散热膜材料，其特征在于，所述纳米涂层由85wt％的溶剂型树脂油墨和15wt％的纳米级无机微粒助剂组成，所述胶体层由65wt％的丙烯酸胶水和35wt％的纳米级无机微粒助剂组成。
10.根据权利要求8所述的超薄纳米散热膜材料，其特征在于，所述纳米涂层厚度为0.005-0.05mm，基体层厚度为0.01-0.5mm，胶体层厚度为0.01-0.3mm。
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