CN105670502A - 散热涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种散热涂料及其制备方法,属于涂料技术领域。该散热涂料主要由以下质量分数的原料制成:15%-25%的有机硅树脂,5%-15%的氮化硼,5%-18%的二氧化硅,3%-8%的膨润土,0%-1.5%的分散剂,0%-1.5%的流平剂,0%-1.5%的防沉剂,0%-1.5%的附着力促进剂,余量为溶剂。上述散热涂料,涂布于发热元件后,形成散热涂层,该散热涂层能够以热传导的方式将元件内部热量传导至涂层,并利用涂层材料散热快的特性,快速将热量散发。同时,该涂料具有自干性可常温固化,施工简单方便,具有节约成本的特点,且最终得到的散热涂层可耐一定程度的高温和腐蚀,具有非常好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及涂料技术领域,特别是涉及一种散热涂料及其制备方法。
背景技术
电子设备的散热问题,关系到电子设备的可靠性和寿命,是影响当今电子工业发展的一个瓶颈,伴随着电子产业高性能、微型化、集成化的三大发展趋势,散热问题越来越突出。另外,散热也是限制发光二极管(LED)功率提高的主要因素之一,特别是在一些特殊和恶劣环境,如水下密闭环境下使用的大功率LED灯具的散热问题尤为突出,研究大功率LED灯的发热规律,找到更好的散热办法是一个急待解决的问题。
在热力学中,散热就是热量传递,而热量的传递方式主要有三种:热传导,热对流和热辐射。物质本身或当物质与物质接触时,能量的传递就被称为热传导,这是最普遍的一种热传递方式,也是目前散热效果最好的一种散热方式。
但是,目前在电子产品特别是CPU的散热中通常采用的是风冷法,该方法属于热对流,冷却效率低,而且风扇也会产生噪声,还具有易损坏的缺陷;也有人采用半导体制冷片法,该方法属于热传导,但是也存在制冷效率低,工艺不成熟且价格高等缺点;还有使用导热硅胶等用于散热,但效果都不理想。
因此,寻找一种简单、快速、经济、实用、高效的散热涂料具有重要意义。
发明内容
基于此,有必要针对上述问题,提供一种散热涂料,该涂料可直接涂布于发热元件上,从而降低发热元件的表面温度。
一种散热涂料,主要由以下质量分数的原料制成:
上述散热涂料,涂布于发热元件后,形成散热涂层,该散热涂层能够以热传导的方式将元件内部热量传导至涂层,并利用涂层材料散热快的特性,快速将热量散发。
在其中一个实施例中,所述有机硅树脂的质量分数为16%-20%,所述氮化硼的质量分数为10%-12%,所述二氧化硅的质量分数为10%-13%,所述膨润土的质量分数为3%-5%,更优选4.5-5.5。将上述原料的配比控制在上述范围内,能够提高散热涂料的散热效果。
在其中一个实施例中,所述有机硅树脂选自:甲基聚硅氧烷树脂、甲基苯基聚硅氧树脂、丙型酸改性有机硅树脂、环氧改性有机硅树脂、酚醛改性有机硅树脂和聚酯改性有机硅树脂中的至少一种。选用此类有机硅树脂,具有自干和耐高温的优点。并且,优选环氧改性有机硅树脂,具有最佳的散热效果。
在其中一个实施例中,所述膨润土为有机膨润土。该有机膨润土是一种无机矿物/有机铵复合物,可改善涂料的触变性、悬浮性和稳定性,提高敷展性,另一方面,该有机膨润土还具有增稠剂的作用。
在其中一个实施例中,所述二氧化硅平均粒径为1μm-5μm的硅微粉。首先,相对其他颜填料,二氧化硅具有高热传导性和高热稳定性,以二氧化硅的硅微粉作为散热涂料的颜填料,可以增加涂料的散热效果和高温稳定性,并且,选用粒径较小的硅微粉,具有在涂料中易分散均匀和不易沉降的优势。
在其中一个实施例中,所述氮化硼的粒径为20nm-150nm。以纳米级的氮化硼作为主要散热原料,能够增加散热面,提高散热效果。
在其中一个实施例中,所述分散剂选自:脂肪酸类、脂肪族酰胺类和酯类分散剂中的至少一种;所述流平剂选自:丙烯酸类、有机硅类和氟碳化合物类流平剂中的至少一种;所述附着力促进剂选自:硅烷偶联剂类和树脂类附着力促进剂中的至少一种。选用上述原料,可以提高最终得到的散热涂料各项性能。其中,硅烷偶联剂类为用于金属表面的ADP附着力促进剂,树脂类为用于塑料表面的PP附着力促进剂,针对具体情况选择不同的附着力促进剂。
在其中一个实施例中,所述溶剂选自:正丁醇、丁酮、甲基异丁基酮、环己酮、乙酸丁酯和甲苯中的至少一种。
本发明还公开了一种上述的散热涂料的制备方法,包括以下步骤:将所述有机硅树脂溶于所述溶剂中,再添加其余原料,搅拌均匀,即得。
上述制备方法具有操作简单、适用性强的优点。
在其中一个实施例中,包括以下步骤:将所述有机硅树脂溶于所述溶剂中,再添加氮化硼、二氧化硅、分散剂、流平剂、附着力促进剂,充分混合后再加入膨润土,搅拌均匀,即得。
将膨润土最后加入,具有触变和防沉的优点。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
本发明的一种散热涂料,涂布于发热元件后,形成散热涂层,该散热涂层能够以热传导的方式将元件内部热量传导至涂层,并利用涂层材料散热快的特性,快速将热量散发。并且,发热元件温度越高,散热效果越好。
同时,该涂料具有自干性可常温固化,施工简单方便,具有节约成本的特点,且最终得到的散热涂层可耐一定程度的高温和腐蚀。
本发明的一种上述的散热涂料的制备方法,具有操作简单、适用性强的优点。
附图说明
图1为实验例中不同铜盒表面温度随时间变化图。
具体实施方式
为了便于理解本发明,下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是,本发明可以以许多不同的形式来实现,并不限于本文所描述的实施例。相反地,提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的,不是旨在于限制本发明。
以下实施例中所用原料来源如下:
有机硅树脂,环氧改性有机硅树脂型,购自:深圳市吉鹏硅氟材料有限公司,型号为:JP-H。
氮化硼,平均粒径100nm,购自:上海乃欧纳米科技有限公司,型号为:NO-N-003-1。
氮化硼,平均粒径1μm,购自:上海乃欧纳米科技有限公司,型号为:NO-N-003-3。
有机膨润土,购自:广州鸿创贸易有限公司,型号为:BP183。
实施例1
一种散热涂料,由以下质量分数的原料制成:
上述散热涂料的制备方法如下:
将上述有机硅树脂溶于上述溶剂中,再添加氮化硼、二氧化硅、分散剂、流平剂、附着力促进剂,充分混合后再加入膨润土,搅拌均匀,即得散热涂料A。
实施例2
一种散热涂料,由以下质量分数的原料制成:
上述散热涂料的制备方法如下:
将上述有机硅树脂溶于上述溶剂中,再添加氮化硼、二氧化硅、分散剂、流平剂、附着力促进剂,充分混合后再加入膨润土,搅拌均匀,即得散热涂料B。
实施例3
一种散热涂料,由以下质量分数的原料制成:
上述散热涂料的制备方法如下:
将上述有机硅树脂溶于上述溶剂中,再添加氮化硼、二氧化硅,充分混合后再加入膨润土,搅拌均匀,即得散热涂料C。
实施例4
一种散热涂料,由以下质量分数的原料制成:
上述散热涂料的制备方法如下:
将上述有机硅树脂溶于上述溶剂中,再添加氮化硼、二氧化硅、分散剂、流平剂、附着力促进剂,充分混合后再加入膨润土,搅拌均匀,即得散热涂料D。
对比例1
一种散热涂料,由以下质量分数的原料制成:
上述散热涂料的制备方法如下:
将上述有机硅树脂溶于上述溶剂中,再添加碳化硅、碳酸钙、分散剂、流平剂、附着力促进剂,充分混合后再加入膨润土,搅拌均匀,即得散热涂料E。
对比例2
一种散热涂料,由以下质量分数的原料制成:
上述散热涂料的制备方法如下:
将上述有机硅树脂溶于上述溶剂中,再添加二氧化硅、分散剂、流平剂、附着力促进剂,充分混合后再加入膨润土,搅拌均匀,即得散热涂料F。
对比例3
一种散热涂料,由以下质量分数的原料制成:
上述散热涂料的制备方法如下:
将上述有机硅树脂溶于上述溶剂中,再添加氮化硼、二氧化硅、分散剂、流平剂、附着力促进剂,充分混合后再加入膨润土,搅拌均匀,即得散热涂料G。
实验例
一、散热实验。
分别采用两个铜盒罩在15W灯泡上模拟小型发热元件,在其中一个铜盒表面涂上实施例1制备得到的散热涂料A(即为实验组),另一个作为空白,不涂任何涂料(即为空白组),用空调固定室温,在相同的时间长度内用带有探头的数字温度计测试铜盒表面温度,结果如图1所示。
从图1中可以看出,涂有散热涂料A的实验组,铜盒表面随着发热元件发热量的增加,其温度升高的速度和最终达到的温度均低于空白组,说明实施例1的散热涂料A具有较好的散热效果。
二、平衡温度实验。
取功率相同30kw的电阻,分别涂上以上实施例和对比例制备得到的散热涂料,并选取一个不涂任何涂料的电阻作为空白对照,通入相同的1300A的电流,同时测试不同电阻的表面温度,发现当电阻表面温度达到平衡时,记录其平衡温度,如下表所示。
表1.涂有不同散热涂料电阻的平衡温度。
电阻上所涂有的散热涂料类型 | 平衡温度(℃) |
空白 | 127 |
A | 88 |
B | 85 |
C | 101 |
D | 105 |
E | 98 |
F | 116 |
G | 108 |
从上述结果中可以看出,本发明的散热涂料A-D,均能够降低电阻的平衡温度,说明本发明的散热涂料A-D均具有散热效果;特别是其中的散热涂料A和B,具有非常好的散热效果。对比例的散热涂料E-G,虽然也能有一定降低平衡温度的作用,但是其效果不如散热涂料A-D。
本发明人经分析后认为,对比例1中的散热涂料E,选用的是碳化硅和碳酸钙作为原料,其散热效果不如氮化硼和硅微粉;对比例2中的散热涂料F,虽然含有二氧化硅,但是没有配合氮化硼,其散热效果也不好;对比例3中的散热涂料G,虽然选用原料类型与本发明类似,但是其配合比例不同,其散热效果也不好。
而在实施例1-4中,散热涂料C由于各原料的配比并非最优配合,散热涂料D选用了比实施例1粒径大的氮化硼,其散热效果均存在下降的问题。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种散热涂料,其特征在于,主要由以下质量分数的原料制成:
2.根据权利要求1所述的散热涂料,其特征在于,所述有机硅树脂的质量分数为16%-20%,所述氮化硼的质量分数为10%-12%,所述二氧化硅的质量分数为10%-13%,所述膨润土的质量分数为3%-5%。
3.根据权利要求1或2所述的散热涂料,其特征在于,所述有机硅树脂选自:甲基聚硅氧烷树脂、甲基苯基聚硅氧树脂、丙型酸改性有机硅树脂、环氧改性有机硅树脂、酚醛改性有机硅树脂和聚酯改性有机硅树脂中的至少一种。
4.根据权利要求1或2所述的散热涂料,其特征在于,所述膨润土为有机膨润土。
5.根据权利要求1或2所述的散热涂料,其特征在于,所述二氧化硅平均粒径为1μm-5μm的硅微粉。
6.根据权利要求1或2所述的散热涂料,其特征在于,所述氮化硼的粒径为20nm-150nm。
7.根据权利要求1或2所述的散热涂料,其特征在于,所述分散剂选自:脂肪酸类、脂肪族酰胺类和酯类分散剂中的至少一种;所述流平剂选自:丙烯酸类、有机硅类和氟碳化合物类流平剂中的至少一种;所述附着力促进剂选自:硅烷偶联剂类和树脂类附着力促进剂中的至少一种。
8.根据权利要求1或2所述的散热涂料,其特征在于,所述溶剂选自:正丁醇、丁酮、甲基异丁基酮、环己酮、乙酸丁酯和甲苯中的至少一种。
9.一种权利要求1-8任一项所述的散热涂料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:将所述有机硅树脂溶于所述溶剂中,再添加其余原料,搅拌均匀,即得。
10.根据权利要求8所述的散热涂料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:将所述有机硅树脂溶于所述溶剂中,再添加氮化硼、二氧化硅、分散剂、流平剂、附着力促进剂,充分混合后再加入膨润土,搅拌均匀,即得。
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