CN107353794B - 一种用于汽车表面的导热薄膜 - Google Patents

一种用于汽车表面的导热薄膜 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于汽车表面的导热薄膜，其制备方法是以聚氨酯为隔热材料，二甲基乙酰胺为溶剂制备隔热薄膜，然后以石墨烯与玻璃纤维为导热材料，导热硅胶为粘附剂，辅以分散剂与偶联剂，在无水乙醇中制备成导热镀膜液，并在隔热薄膜表面形成导热薄膜，最后在反应釜内进行保护气加压反应，得到用于汽车表面的导热薄膜材料。本发明所用原料来源广泛，成型工艺简单可控，易于大规模生产；生产成本极低；适于工业化生产。

Description

一种用于汽车表面的导热薄膜
技术领域
本发明属于光催化技术领域，具体涉及一种用于汽车表面的导热薄膜。
背景技术
近年来随着科学技术的迅猛发展，使得仪器、设备的设计越来越明显的呈现出轻、薄、短、小以及高效化的特征。然而同时伴随的一个重要的问题是仪器设备在运行过程中产生了大量的热量，这些热量如果不及时排除，将会严重影响到电子器件的工作稳定性和安全可靠性。传统的散热材料主要是金属材料(如：银、铜、铝)，这些材料的密度较大、热膨胀系数高、热导率不够高(其中热导率较高的三种金属银、铜、铝的热导率分别为：430W/m·K、400W/m·K、238W/m·K)，所以需要发展新的高导热材料来满足现代工业、国防和现代科学技术发展的需要。
薄膜是一种薄而软的透明薄片，用塑胶、粘结剂、橡胶或其他材料制成，聚酯薄膜科学上的解释为：由原子、分子或离子沉积在基片表面形成的二维材料。汽车作为主要的交通工具，其以金属为框架材料，在太阳光照射下，内部造成高温，故导热薄膜成为汽车降温的主要研究方向。目前的导热薄膜存在粘附牢固不够，导热系数不高等问题。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足之处，提供一种用于汽车表面的导热薄膜，采用双层镀膜法，能够将隔热膜与导热膜相结合，起到快速导热与保护汽车漆面的目的，降低漆面的温度的效果，同时隔热膜与导热膜粘结效果好，解决了薄膜曝气分离的问题，提高了使用寿命。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种用于汽车表面的导热薄膜，其质量配方如下：
聚氨酯18-22份、二甲基乙酰胺30-35份、发泡剂3-5份、偶联剂3-6份、石墨烯10-15份、导热硅胶8-10份、玻璃纤维5-9份、无水乙醇50-60份、分散剂10-15份。
所述发泡剂采用碳酸钙或碳酸镁。
所述偶联剂采用丁二烯基三乙氧基硅烷或乙烯基三过氧化叔丁基硅烷。
所述分散剂采用聚乙烯吡咯烷酮。
其制备方法如下：
步骤1，将聚氨酯加入至二甲基乙酰胺，然后超声搅拌10-15min，直至聚氨酯完全溶解，形成聚氨酯溶解液；
步骤2，将发泡剂缓慢加入至聚氨酯溶解液中，完全溶解后，喷洒至基材表面，烘干后得到均匀隔热膜；
步骤3，将分散剂加入至无水乙醇中，搅拌直至完全溶解，形成均质粘稠的醇液；
步骤4，将导热硅胶与偶联剂加入醇液中，密封微热反应2-4h，得到分散硅胶醇液；
步骤5，将石墨烯与玻璃纤维搅拌均匀后加入至分散硅胶醇液中，超声反应2-4h，得到导热镀膜液；
步骤6，将导热镀膜液喷洒至隔热膜表面，形成均一的导热膜，然后放入反应釜中加压保护气反应3-5h，得到适用于汽车表面的导热薄膜。
步骤1中的超声搅拌频率为1.5-3.5kHz，所述超声搅拌的温度为60-80℃，所述超声搅拌采用水浴超声搅拌，该步骤以超声的方式将聚氨酯溶解至二甲基乙酰胺，同时为保证其溶解性，将超声控制在60-80℃，能够保证聚氨酯的溶解效果，形成均质的溶解溶液。
步骤2中的发泡剂加入速度为3-5g/min，所述溶解搅拌速度为1000-1500r/min，所述搅拌时间为20-30min，所述喷洒量为5-10ml/cm2，所述烘干温度为30-50℃，所述烘干时间为10-15min；该步骤将发泡剂在机械搅拌的方式快速溶解，并均匀分布在溶液内，通过喷洒的方式将溶液均匀分布在基材表面，形成均质的隔热薄膜，并在30-50℃下快速固化，保证薄膜的稳定性，同时为保证其溶解效果，发泡剂溶解过程中处于恒温状态。
步骤3中的搅拌速度为2000-3000r/min，搅拌时间为30-60min，该步骤通过搅拌的方式将聚乙烯吡咯烷酮快速溶解至无水乙醇中，并且保证无水乙醇具有良好的粘稠性。
步骤4中的密封微热反应的温度为80-100℃，密封压力为2-4MPa，该步骤采用密封微热反应的方式将偶联剂与导热硅胶溶解至醇液中，形成均质的分散硅胶液。
步骤5的超声反应频率为10-15kHz，超声反应采用恒温超声，所述超声反应的温度为50-60℃，该步骤将玻璃与石墨烯分散至醇液中，通过超声的方式将分散剂、导热硅胶与偶联剂作用至石墨烯与玻璃纤维表面，起到良好的分散效果。
步骤6中的喷洒量为10-15mL/min，所述保护气由80％的氮气和20％甲胺气体组合而成，所述加压反应的压力为10-15MPa，所述加压反应的温度为110-140℃；该步骤通过喷洒的方式在隔热膜上涂覆导热膜，并在保护气作用下发泡剂通过高温发泡的方式形成隔热膜的微孔结构，并在压力作用下，微孔结构得到收紧，形成致密性结构；偶联剂与导热硅胶的粘合性作用，将石墨烯与玻璃纤维粘附在隔热膜内，同时导热硅胶与偶联剂的相互作用，能够将发泡剂产生的微孔堵塞并连接反应，提高了双层薄膜之间的连接效果，保证了其使用寿命，解决了汽车暴热与漆面爆裂的问题；该步骤中甲胺作为保护气充分能够将石墨烯薄膜的缝隙修补，减少薄膜缺陷，提高导热效果。
本发明以聚氨酯为隔热材料，二甲基乙酰胺为溶剂制备隔热薄膜，然后以石墨烯与玻璃纤维为导热材料，导热硅胶为粘附剂，辅以分散剂与偶联剂，在无水乙醇中制备成导热镀膜液，并在隔热薄膜表面形成导热薄膜，最后在反应釜内进行保护气加压反应，得到用于汽车表面的导热薄膜材料。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明中根据石墨烯的强度高，比表面积大，高化学反应活性，高导热系数，高填充性的特点，玻璃纤维绝缘性好、耐热性强、抗腐蚀性好，机械强度高，将两者加入至导热薄膜内，能够有效地提高了薄膜材料的导热性能，强度与耐化学性能和耐热性能，解决了玻璃纤维本身的性脆易碎的问题。
(2)本发明采用双层镀膜法，能够将隔热膜与导热膜相结合，起到快速导热与保护汽车漆面的目的，降低漆面的温度的效果，同时隔热膜与导热膜粘结效果好，解决了薄膜曝气分离的问题，提高了使用寿命。
(3)本发明所用原料来源广泛，成型工艺简单可控，易于大规模生产；生产成本极低；适于工业化生产。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步描述：
实施例1
一种用于汽车表面的导热薄膜，其质量配方如下：
聚氨酯18份、二甲基乙酰胺30份、发泡剂3份、偶联剂3份、石墨烯10份、导热硅胶8份、玻璃纤维5份、无水乙醇50份、分散剂10份。
所述发泡剂采用碳酸钙。
所述偶联剂采用丁二烯基三乙氧基硅烷，所述分散剂采用聚乙烯吡咯烷酮。
其制备方法如下：
步骤1，将聚氨酯加入至二甲基乙酰胺，然后超声搅拌10min，直至聚氨酯完全溶解，形成聚氨酯溶解液；
步骤2，将发泡剂缓慢加入至聚氨酯溶解液中，完全溶解后，喷洒至基材表面，烘干后得到均匀隔热膜；
步骤3，将分散剂加入至无水乙醇中，搅拌直至完全溶解，形成均质粘稠的醇液；
步骤4，将导热硅胶与偶联剂加入醇液中，密封微热反应2h，得到分散硅胶醇液；
步骤5，将石墨烯与玻璃纤维搅拌均匀后加入至分散硅胶醇液中，超声反应2h，得到导热镀膜液；
步骤6，将导热镀膜液喷洒至隔热膜表面，形成均一的导热膜，然后放入反应釜中加压保护气反应3h，得到适用于汽车表面的导热薄膜。
步骤1中的超声搅拌频率为1.5kHz，所述超声搅拌的温度为60℃，所述超声搅拌采用水浴超声搅拌。
步骤2中的发泡剂加入速度为3g/min，所述溶解搅拌速度为1000r/min，所述搅拌时间为20min，所述喷洒量为5ml/cm2，所述烘干温度为30℃，所述烘干时间为10min。
步骤3中的搅拌速度为2000r/min，搅拌时间为30min。
步骤4中的密封微热反应的温度为80℃，密封压力为2MPa。
步骤5的超声反应频率为10kHz，超声反应采用恒温超声，所述超声反应的温度为50℃。
步骤6中的喷洒量为10mL/min，所述保护气由80％的氮气和20％甲胺气体组合而成，所述加压反应的压力为10MPa，所述加压反应的温度为110℃。
实施例2
一种用于汽车表面的导热薄膜，其质量配方如下：
聚氨酯22份、二甲基乙酰胺35份、发泡剂5份、偶联剂6份、石墨烯15份、导热硅胶10份、玻璃纤维9份、无水乙醇60份、分散剂15份。
所述发泡剂采用碳酸镁。
所述偶联剂采用乙烯基三过氧化叔丁基硅烷，所述分散剂采用聚乙烯吡咯烷酮。
其制备方法如下：
步骤1，将聚氨酯加入至二甲基乙酰胺，然后超声搅拌15min，直至聚氨酯完全溶解，形成聚氨酯溶解液；
步骤2，将发泡剂缓慢加入至聚氨酯溶解液中，完全溶解后，喷洒至基材表面，烘干后得到均匀隔热膜；
步骤3，将分散剂加入至无水乙醇中，搅拌直至完全溶解，形成均质粘稠的醇液；
步骤4，将导热硅胶与偶联剂加入醇液中，密封微热反应4h，得到分散硅胶醇液；
步骤5，将石墨烯与玻璃纤维搅拌均匀后加入至分散硅胶醇液中，超声反应4h，得到导热镀膜液；
步骤6，将导热镀膜液喷洒至隔热膜表面，形成均一的导热膜，然后放入反应釜中加压保护气反应5h，得到适用于汽车表面的导热薄膜。
步骤1中的超声搅拌频率为3.5kHz，所述超声搅拌的温度为80℃，所述超声搅拌采用水浴超声搅拌。
步骤2中的发泡剂加入速度为5g/min，所述溶解搅拌速度为1500r/min，所述搅拌时间为30min，所述喷洒量为10ml/cm2，所述烘干温度为50℃，所述烘干时间为15min。
步骤3中的搅拌速度为3000r/min，搅拌时间为60min。
步骤4中的密封微热反应的温度为100℃，密封压力为4MPa。
步骤5的超声反应频率为15kHz，超声反应采用恒温超声，所述超声反应的温度为60℃。
步骤6中的喷洒量为15mL/min，所述保护气由80％的氮气和20％甲胺气体组合而成，所述加压反应的压力为15MPa，所述加压反应的温度为140℃。
实施例3
一种用于汽车表面的导热薄膜，其质量配方如下：
聚氨酯20份、二甲基乙酰胺33份、发泡剂4份、偶联剂4份、石墨烯13份、导热硅胶9份、玻璃纤维7份、无水乙醇55份、分散剂13份。
所述发泡剂采用碳酸钙。
所述偶联剂采用丁二烯基三乙氧基硅烷，所述分散剂采用聚乙烯吡咯烷酮。
其制备方法如下：
步骤1，将聚氨酯加入至二甲基乙酰胺，然后超声搅拌13min，直至聚氨酯完全溶解，形成聚氨酯溶解液；
步骤2，将发泡剂缓慢加入至聚氨酯溶解液中，完全溶解后，喷洒至基材表面，烘干后得到均匀隔热膜；
步骤3，将分散剂加入至无水乙醇中，搅拌直至完全溶解，形成均质粘稠的醇液；
步骤4，将导热硅胶与偶联剂加入醇液中，密封微热反应3h，得到分散硅胶醇液；
步骤5，将石墨烯与玻璃纤维搅拌均匀后加入至分散硅胶醇液中，超声反应3h，得到导热镀膜液；
步骤6，将导热镀膜液喷洒至隔热膜表面，形成均一的导热膜，然后放入反应釜中加压保护气反应4h，得到适用于汽车表面的导热薄膜。
步骤1中的超声搅拌频率为2.5kHz，所述超声搅拌的温度为70℃，所述超声搅拌采用水浴超声搅拌。
步骤2中的发泡剂加入速度为4g/min，所述溶解搅拌速度为1300r/min，所述搅拌时间为25min，所述喷洒量为8ml/cm2，所述烘干温度为40℃，所述烘干时间为13min。
步骤3中的搅拌速度为2500r/min，搅拌时间为40min。
步骤4中的密封微热反应的温度为90℃，密封压力为3MPa。
步骤5的超声反应频率为13kHz，超声反应采用恒温超声，所述超声反应的温度为55℃。
步骤6中的喷洒量为13mL/min，所述保护气由80％的氮气和20％甲胺气体组合而成，所述加压反应的压力为13MPa，所述加压反应的温度为120℃。
实施例4
一种用于汽车表面的导热薄膜，其质量配方如下：
聚氨酯19份、二甲基乙酰胺34份、发泡剂4份、偶联剂5份、石墨烯12份、导热硅胶9份、玻璃纤维8份、无水乙醇58份、分散剂12份。
所述发泡剂采用碳酸镁。
所述偶联剂采用乙烯基三过氧化叔丁基硅烷，所述分散剂采用聚乙烯吡咯烷酮。
其制备方法如下：
步骤1，将聚氨酯加入至二甲基乙酰胺，然后超声搅拌12min，直至聚氨酯完全溶解，形成聚氨酯溶解液；
步骤2，将发泡剂缓慢加入至聚氨酯溶解液中，完全溶解后，喷洒至基材表面，烘干后得到均匀隔热膜；
步骤3，将分散剂加入至无水乙醇中，搅拌直至完全溶解，形成均质粘稠的醇液；
步骤4，将导热硅胶与偶联剂加入醇液中，密封微热反应3h，得到分散硅胶醇液；
步骤5，将石墨烯与玻璃纤维搅拌均匀后加入至分散硅胶醇液中，超声反应3h，得到导热镀膜液；
步骤6，将导热镀膜液喷洒至隔热膜表面，形成均一的导热膜，然后放入反应釜中加压保护气反应4h，得到适用于汽车表面的导热薄膜。
步骤1中的超声搅拌频率为2.0kHz，所述超声搅拌的温度为75℃，所述超声搅拌采用水浴超声搅拌。
步骤2中的发泡剂加入速度为4g/min，所述溶解搅拌速度为1200r/min，所述搅拌时间为28min，所述喷洒量为7ml/cm2，所述烘干温度为35℃，所述烘干时间为12min。
步骤3中的搅拌速度为2800r/min，搅拌时间为50min。
步骤4中的密封微热反应的温度为95℃，密封压力为3MPa。
步骤5的超声反应频率为12kHz，超声反应采用恒温超声，所述超声反应的温度为56℃。
步骤6中的喷洒量为12mL/min，所述保护气由80％的氮气和20％甲胺气体组合而成，所述加压反应的压力为12MPa，所述加压反应的温度为130℃。
实施例5
一种用于汽车表面的导热薄膜，其质量配方如下：
聚氨酯21份、二甲基乙酰胺31份、发泡剂4份、偶联剂4份、石墨烯11份、导热硅胶8份、玻璃纤维6份、无水乙醇53份、分散剂12份。
所述发泡剂采用碳酸钙。
所述偶联剂采用丁二烯基三乙氧基硅烷，所述分散剂采用聚乙烯吡咯烷酮。
其制备方法如下：
步骤1，将聚氨酯加入至二甲基乙酰胺，然后超声搅拌11min，直至聚氨酯完全溶解，形成聚氨酯溶解液；
步骤2，将发泡剂缓慢加入至聚氨酯溶解液中，完全溶解后，喷洒至基材表面，烘干后得到均匀隔热膜；
步骤3，将分散剂加入至无水乙醇中，搅拌直至完全溶解，形成均质粘稠的醇液；
步骤4，将导热硅胶与偶联剂加入醇液中，密封微热反应2h，得到分散硅胶醇液；
步骤5，将石墨烯与玻璃纤维搅拌均匀后加入至分散硅胶醇液中，超声反应4h，得到导热镀膜液；
步骤6，将导热镀膜液喷洒至隔热膜表面，形成均一的导热膜，然后放入反应釜中加压保护气反应5h，得到适用于汽车表面的导热薄膜。
步骤1中的超声搅拌频率为3.0kHz，所述超声搅拌的温度为65℃，所述超声搅拌采用水浴超声搅拌。
步骤2中的发泡剂加入速度为5g/min，所述溶解搅拌速度为1100r/min，所述搅拌时间为20min，所述喷洒量为6ml/cm2，所述烘干温度为45℃，所述烘干时间为14min。
步骤3中的搅拌速度为2800r/min，搅拌时间为50min。
步骤4中的密封微热反应的温度为95℃，密封压力为4MPa。
步骤5的超声反应频率为15kHz，超声反应采用恒温超声，所述超声反应的温度为52℃。
步骤6中的喷洒量为12mL/min，所述保护气由80％的氮气和20％甲胺气体组合而成，所述加压反应的压力为11MPa，所述加压反应的温度为140℃。
实施例6
对比例1，市售的导热薄膜，购自上海大储电子材料有限公司。
将实施例1-5得到的导热薄膜与对比例1的导热薄膜进行测试，结果如下：
实施例 热导率(W/m*K) 拉伸强度/MPa
实施例1 1128 312
实施例2 1086 321
实施例3 1214 324
实施例4 1153 316
实施例5 1231 351
对比例1 16 268
上表可以看出，本发明的导热薄膜在导热性能上优于对比例1，在力学性能上也更加突出。
以上所述仅为本发明的一实施例，并不限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种用于汽车表面的导热薄膜，其质量配方如下：
聚氨酯18-22份、二甲基乙酰胺30-35份、发泡剂3-5份、偶联剂3-6份、石墨烯10-15份、导热硅胶8-10份、玻璃纤维5-9份、无水乙醇50-60份、分散剂10-15份；
其制备方法如下：
步骤1，将聚氨酯加入至二甲基乙酰胺，然后超声搅拌10-15min，直至聚氨酯完全溶解，形成聚氨酯溶解液；
步骤2，将发泡剂缓慢加入至聚氨酯溶解液中，完全溶解后，喷洒至基材表面，烘干后得到均匀隔热膜；
步骤3，将分散剂加入至无水乙醇中，搅拌直至完全溶解，形成均质粘稠的醇液；
步骤4，将导热硅胶与偶联剂加入醇液中，密封微热反应2-4h，得到分散硅胶醇液；
步骤5，将石墨烯与玻璃纤维搅拌均匀后加入至分散硅胶醇液中，超声反应2-4h，得到导热镀膜液；
步骤6，将导热镀膜液喷洒至隔热膜表面，形成均一的导热膜，然后放入反应釜中加压保护气反应3-5h，得到适用于汽车表面的导热薄膜。
2.根据权利要求1所述的一种用于汽车表面的导热薄膜，其特征在于，所述发泡剂采用碳酸钙或碳酸镁。
3.根据权利要求1所述的一种用于汽车表面的导热薄膜，其特征在于，所述偶联剂采用丁二烯基三乙氧基硅烷或乙烯基三过氧化叔丁基硅烷，所述分散剂采用聚乙烯吡咯烷酮。
4.根据权利要求1所述的一种用于汽车表面的导热薄膜，其特征在于，步骤1中的超声搅拌频率为1.5-3.5kHz，所述超声搅拌的温度为60-80℃，所述超声搅拌采用水浴超声搅拌。
5.根据权利要求1所述的一种用于汽车表面的导热薄膜，其特征在于，步骤2中的发泡剂加入速度为3-5g/min，所述溶解搅拌速度为1000-1500r/min，所述搅拌时间为20-30min，所述喷洒量为5-10mL/cm2，所述烘干温度为30-50℃，所述烘干时间为10-15min。
6.根据权利要求1所述的一种用于汽车表面的导热薄膜，其特征在于，步骤3中的搅拌速度为2000-3000r/min，搅拌时间为30-60min。
7.根据权利要求1所述的一种用于汽车表面的导热薄膜，其特征在于，步骤4中的密封微热反应的温度为80-100℃，密封压力为2-4MPa。
8.根据权利要求1所述的一种用于汽车表面的导热薄膜，其特征在于，步骤5的超声反应频率为10-15kHz，超声反应采用恒温超声，所述超声反应的温度为50-60℃。
9.根据权利要求1所述的一种用于汽车表面的导热薄膜，其特征在于，步骤6中的喷洒量为10-15mL/min，所述保护气由80％的氮气和20％甲胺气体组合而成，所述加压反应的压力为10-15MPa，所述加压反应的温度为110-140℃。
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