CN107418382A - 一种基于石墨烯的散热涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于石墨烯的散热涂料及其制备方法。基于石墨烯的散热涂料主要由质量比为4～12:1的A组分和B组成，按质量份计，A组分，包括以下树脂15～25份、溶剂20～45份、助剂2～5份、石墨烯粉体0.01～5份、填料30～50份；B组分包括溶剂、促进剂以及固化剂，溶剂、促进剂和固化剂的质量比为6～14:0.6～1.4:25～40。本发明的基于石墨烯的散热涂料提高了热导率和热辐射率，达到快速散热的效果。

Description

一种基于石墨烯的散热涂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及散热涂料技术领域，尤其涉及一种基于石墨烯的散热涂料及其制备方法。
背景技术
在21世纪信息时代，无时无刻都在传递各式各样信息。人们对电子元件的追求更加微型化、轻型化，电子元件的输入功率必须大幅增加才能满足需求。输入功率增加导致芯片的热流密度急剧增大，严重影响了芯片的使用寿命，因此，电子元件的散热问题已成为电子器件界内发展的技术瓶颈。
通常在电子设备内增加散热片、风冷、液冷以及增加热管的方式使设备内中的热量散发出去，在设备空间较大的情况下可以考虑增加散热片以及风冷设备，而随着元件更加精密化，使这两种方法不可施行。一般来说，散热的方式主要有以下三种：热对流，热传导以及热辐射散热。对于无对流的散热环境，散热主要依靠热传导和热辐射来实现。在实际的散热应用中，散热器所用的金属材料有着良好的导热性能，但辐射率较低，即辐射散热能力较差。
发明内容
有鉴于此，本发明的第一个目的在于提供一种基于石墨烯的散热涂料，其组分中添加有石墨烯粉体，再与其他组分进行搭配使用，使之形成良好的导热网络，解决了辐射散热能力低的问题，提高了热导率和热辐射率，达到快速散热的效果。
本发明的第二个目的在于提供一种上述基于石墨烯的散热涂料的制备方法，其组分中添加有石墨烯粉体，再与其他组分进行搭配使用，通过其制备方法使之形成良好的导热网络，解决了辐射散热能力低的问题，提高了热导率和热辐射率，达到快速散热的效果。
本发明的第三个目的在于提供一种装置，其解决了辐射散热能力低的问题，提高了热导率和热辐射率，达到快速散热的效果。
为达第一个目的，本发明采用以下技术方案：
一种基于石墨烯的散热涂料，主要由质量比为4～12:1的A组分和B组成；
按质量份计，所述A组分，包括以下组分：
所述B组分包括溶剂、促进剂以及固化剂，所述溶剂、促进剂和固化剂的质量比为6～14:0.6～1.4:25～40。
其中，所述A组分和B组分的质量比为6～10:1，优选为8:1；
优选地，按质量份计，所述A组分，包括以下组分：
进一步优选地，按质量份计，所述A组分，包括以下组分：
优选地，所述溶剂、促进剂和固化剂的质量比为8～12:0.8～1.2:30～35，进一步优选为10:1:33。
其中，所述树脂选自有机硅树脂、环氧树脂、丙烯酸树脂、氨基树脂、醇酸树脂、乙烯基树脂、氟碳树脂或醛酮树脂中的任意一种或至少两种的混合物，优选环氧树脂、丙烯酸树脂、氨基树脂或氟碳树脂中的任意一种或至少两种的混合物，进一步优选环氧树脂、丙烯酸树脂或氨基树脂中的任意一种或至少两种的混合物。
其中，所述溶剂选自水、丙酮、N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、甲苯、二甲苯、乙酸丁酯、乙酸乙酯、乙醇或正丁醇中的任意一种或至少两种的混合物，优选二甲苯和/或正丁醇；
优选地，所述助剂选自防沉剂、消泡剂、分散剂、增稠剂、流平剂或表面活性剂中的任意一种或至少两种的混合物。
其中，所述石墨烯粉体选自片层为10层以下的石墨烯粉体，所述石墨烯粉体的粒径D50≤10μm；
优选地，所述填料选自三氧化二铝、氧化镁、氧化锌、铝粉、锌粉、碳化硅、氮化硼、氮化铝、滑石粉、长石粉或钛白粉中的任意一种或至少两种的混合物。
其中，所述固化剂选自聚酰胺、脂肪族胺、脂环胺、改性脂肪胺或酸酐中的任意一种或至少两种的混合物，优选聚酰胺。
为达第二个目的，本发明采用以下技术方案：
一种上述散热涂料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照A组分的配比，将树脂、溶剂和任选的分散剂搅拌均匀，制得树脂溶液；
(2)向所述树脂溶液中加入石墨烯粉体进行搅拌分散，制得石墨烯树脂分散液；
(3)向所述石墨烯树脂分散液中加入任选的防沉剂、任选的增稠剂和填料进行搅拌分散，制得粗料，将所述粗料放入球磨机中研磨、过滤，制得A组分；
(4)按照B组分的配比，将固化剂、促进剂和溶剂搅拌混合，制得B组分；
(5)将所述A组分和B组分按照所述质量比配制，混合均匀，制得基于石墨烯的散热涂料。
其中，所述步骤(1)中的搅拌转速为600～1500rpm，优选800～1200rpm，进一步优选1000rpm，搅拌时间为10～40min，优选25～35min，进一步优选30min；
优选地，所述步骤(2)中搅拌转速为1000～2000rpm，优选1200～1800rpm，进一步优选1500rpm，搅拌时间为40～80min，优选50～70min，进一步优选60min；
优选地，所述步骤(3)中搅拌转速为1500～2500rpm，优选1800～2200rpm，进一步优选2000rpm，搅拌时间为35～55min，优选40～50min，进一步优选45min；
优选地，所述步骤(3)中球磨机的转速为2000～3000rpm，优选 2200～2800rpm，进一步优选2500rpm，研磨时间为1～2h，优选1.2～1.6h，进一步优选1.5h。
其中，所述步骤(4)中搅拌转速600～1500rpm，优选800～1200rpm，进一步优选1000rpm，搅拌时间为40～50min，优选42～48min，进一步优选45min。
为达第三个目的，本发明采用以下技术方案：
一种装置，涂覆上述散热涂料。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：本发明的基于石墨烯的散热涂料中添加有石墨烯粉体和填料，再与其他组分进行搭配使用，使之形成良好的导热网络，解决了辐射散热能力低的问题，提高了热导率和热辐射率，达到快速散热的效果。
附图说明
图1为本发明实施例中3W加热时样品的实时温度曲线图
具体实施方式
下面结合实施例来进一步说明本发明的技术方案。
实施例1：本实施例提供的基于石墨烯粉体的散热涂料，主要由A组分和B 组成，A组分和B组分的质量比为8:1；
按质量份计，A组分，包括以下组分：
其中，助剂包括防沉剂和增稠剂，填料为碳化硅、锌粉和滑石粉；
B组分包括溶剂、促进剂以及固化剂，溶剂、促进剂和固化剂的质量比为 10:1:33。
上述基于石墨烯的散热涂料的制备方法如下：
(1)按照A组分的配比，将树脂、溶剂和分散剂倒入容器中，按照1000rpm 的转速搅拌分散30min，制得树脂溶液；
(2)向树脂溶液中加入石墨烯粉体按照转速1500rpm进行搅拌分散60min，制得石墨烯树脂分散液；
(3)向所述石墨烯树脂分散液中加入防沉剂、增稠剂和填料按照2000rpm 进行搅拌分散45min，制得粗料，将所述粗料放入球磨机中研磨1.5h、过滤，制得A组分；
(4)按照B组分的配比，将固化剂、促进剂和溶剂按照转速1000rpm搅拌混合45min，制得B组分；
(5)将所述A组分和B组分按照质量比配制，混合均匀，制得基于石墨烯的散热涂料。
实施例2：本实施例提供的基于石墨烯粉体的散热涂料，主要由A组分和B 组成，A组分和B组分的质量比为8:1；
按质量份计，A组分，包括以下组分：
其中，助剂包括防沉剂和增稠剂；
B组分包括溶剂、促进剂以及固化剂，溶剂、促进剂和固化剂的质量比为10:1:33。
上述基于石墨烯的散热涂料的制备方法如下：
(1)按照A组分的配比，将树脂、溶剂和分散剂倒入容器中，按照1000rpm 的转速搅拌分散30min，制得树脂溶液；
(2)向树脂溶液中加入石墨烯粉体按照转速1500rpm进行搅拌分散60min，制得石墨烯树脂分散液；
(3)向所述石墨烯树脂分散液中加入防沉剂、增稠剂和填料按照2000rpm 进行搅拌分散45min，制得粗料，将所述粗料放入球磨机中研磨1.5h、过滤，制得A组分；
(4)按照B组分的配比，将固化剂、促进剂和溶剂按照转速1000rpm搅拌混合45min，制得B组分；
(5)将所述A组分和B组分按照质量比配制，混合均匀，制得基于石墨烯的散热涂料。
性能测试：将实施例1制得基于石墨烯的散热涂料涂覆在散热器表面作为样品1，将常见的散热涂料涂覆在散热器表面作为样品2，将阳极氧化漆涂覆在散热器表面作为样品3，将样品1～3在3W功率加热条件下经常散热测试，结果图1所示。
从图1可以看出，将本发明的基于石墨烯的散热涂料涂覆在散热件表面时，可以大幅提高器件的表面散热效率，增强散热件的散热能力。同时石墨烯赋予于该涂料还具有更强的防腐、防污、耐磨性能，散热性能稳定并不受周围介质的影响，在电子散热领域有着广泛的应用前景和实用价值。
本发明组分配比合理，操作简便，易于实现量产，同时涂料密度较小，可对电子设备进行轻量化涂装，符合电子设备微型化，便携式发展。本发明通过高比表面及高径厚比的片层石墨烯在涂层内非常容易与导热填料碳化硅和锌粉进行搭接，形成良好的热通道，再结合石墨烯具有超高的导热系数及热辐射性能，增加散热器的散热面积，增强散热器的热辐射性能和导热系数，从而实现高效地降低电子元器件的温度，提高散热效果。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构特征以及施工方法，但本发明并不局限于上述详细结构特征以及施工方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细结构特征以及施工方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种基于石墨烯的散热涂料，其特征在于，主要由质量比为4～12:1的A组分和B组成；
按质量份计，所述A组分，包括以下组分：
所述B组分包括溶剂、促进剂以及固化剂，所述溶剂、促进剂和固化剂的质量比为6～14:0.6～1.4:25～40。
2.根据权利要求1所述的散热涂料，其特征在于，所述A组分和B组分的质量比为6～10:1，优选为8:1；
优选地，按质量份计，所述A组分，包括以下组分：
进一步优选地，按质量份计，所述A组分，包括以下组分：
优选地，所述溶剂、促进剂和固化剂的质量比为8～12:0.8～1.2:30～35，进一步优选为10:1:33。
3.根据权利要求1所述的散热涂料，其特征在于，所述树脂选自有机硅树脂、环氧树脂、丙烯酸树脂、氨基树脂、醇酸树脂、乙烯基树脂、氟碳树脂或醛酮树脂中的任意一种或至少两种的混合物，优选环氧树脂、丙烯酸树脂、氨基树脂或氟碳树脂中的任意一种或至少两种的混合物，进一步优选环氧树脂、丙烯酸树脂或氨基树脂中的任意一种或至少两种的混合物。
4.根据权利要求1所述的散热涂料，其特征在于，所述溶剂选自水、丙酮、N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、甲苯、二甲苯、乙酸丁酯、乙酸乙酯、乙醇或正丁醇中的任意一种或至少两种的混合物，优选二甲苯和/或正丁醇；
优选地，所述助剂选自防沉剂、消泡剂、分散剂、增稠剂、流平剂或表面活性剂中的任意一种或至少两种的混合物。
5.根据权利要求1所述的散热涂料，其特征在于，所述石墨烯粉体选自片层为10层以下的石墨烯粉体，所述石墨烯粉体的粒径D50≤10μm；
优选地，所述填料选自三氧化二铝、氧化镁、氧化锌、铝粉、锌粉、碳化硅、氮化硼、氮化铝、滑石粉、长石粉或钛白粉中的任意一种或至少两种的混合物。
6.根据权利要求1所述的散热涂料，其特征在于，所述固化剂选自聚酰胺、脂肪族胺、脂环胺、改性脂肪胺或酸酐中的任意一种或至少两种的混合物，优选聚酰胺。
7.一种权利要求1～6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：
(1)按照A组分的配比，将树脂、溶剂和任选的分散剂搅拌均匀，制得树脂溶液；
(2)向所述树脂溶液中加入石墨烯粉体进行搅拌分散，制得石墨烯树脂分散液；
(3)向所述石墨烯树脂分散液中加入任选的防沉剂、任选的增稠剂和填料进行搅拌分散，制得粗料，将所述粗料放入球磨机中研磨、过滤，制得A组分；
(4)按照B组分的配比，将固化剂、促进剂和溶剂搅拌混合，制得B组分；
(5)将所述A组分和B组分按照所述质量比配制，混合均匀，制得基于石墨烯的散热涂料。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的搅拌转速为600～1500rpm，优选800～1200rpm，进一步优选1000rpm，搅拌时间为10～40min，优选25～35min，进一步优选30min；
优选地，所述步骤(2)中搅拌转速为1000～2000rpm，优选1200～1800rpm，进一步优选1500rpm，搅拌时间为40～80min，优选50～70min，进一步优选60min；
优选地，所述步骤(3)中搅拌转速为1500～2500rpm，优选1800～2200rpm，进一步优选2000rpm，搅拌时间为35～55min，优选40～50min，进一步优选45min；
优选地，所述步骤(3)中球磨机的转速为2000～3000rpm，优选2200～2800rpm，进一步优选2500rpm，研磨时间为1～2h，优选1.2～1.6h，进一步优选1.5h。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中搅拌转速600～1500rpm，优选800～1200rpm，进一步优选1000rpm，搅拌时间为40～50min，优选42～48min，进一步优选45min。
10.一种装置，其特征在于，涂覆有权利要求1～7任一项所述散热涂料。
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