CN107529540A - 一种散热涂层及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种散热涂层及其制备方法，该散热涂层包含如下质量份数的组分：石墨烯或纳米碳0.03‑0.3份、碳化硅和聚氨酯系涂料25‑45份、环氧树脂涂料25‑40份以及氮化硼和/或氧化铝18‑35份。本发明散热涂层由石墨烯或纳米碳与辅料直接共同混合制备形成，该散热涂层利用极少用量的石墨烯或纳米碳，大大节省了成本，同时使得被涂物的散热性能提升了20%以上。
Description
技术领域
本发明涉及散热材料技术领域，更具体地说，涉及一种散热涂层及其制备方法。
背景技术
在电子产品向超薄化、智能化、高密度封装和多功能化的发展趋势下的今天，功率的日益增加和产品的越做越薄，电子元器件在工作时，部分电能转化为热量，使得电子元器件工作在较高的温度环境，需要将电子元器件产生的热量及时散开，否则影响电子元器件的使用寿命与工作效能。
现有的电子元器件及电子产品主要有两种散热方式：一是采用主动散热，通过设置散热动力装置，如电风扇，虽然主动散热效率较好，但其占用空间较大使得电子产品体积无法小型化，同时主动散热也会增加电子产品的功耗；二是采用被动散热。现有技术中被动散热通常是在电子元器件的散热板上涂覆散热层，通常散热层包括载体层和在载体层上形成的石墨烯层或纳米碳层，该散热层中石墨烯和纳米碳的用量通常较大才能达到散热的目的，而石墨烯和纳米碳都很昂贵，成本较高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种散热涂层及其制备方法，解决了现有技术中散热材料散热效果有限且石墨烯或纳米碳昂贵材料用量大导致成本高的问题。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是：提供一种散热涂层，包含如下质量份数的组分：石墨烯或纳米碳0.03-0.3份、碳化硅和聚氨酯系涂料25-45份、环氧树脂涂料25-40份以及氮化硼和/或氧化铝18-35份。
在本发明的散热涂层中，包含如下质量份数的组分：石墨烯0.03-0.25份、碳化硅和聚氨酯系涂料40份、环氧树脂涂料35-40份以及氮化硼和/或氧化铝20份。
在本发明的散热涂层中，包含如下质量份数的组分：纳米碳0.18-0.3份、碳化硅和聚氨酯系涂料40份、环氧树脂涂料35-40份以及氮化硼和/或氧化铝20份。
在本发明的散热涂层中，其特征在于，所述碳化硅与所述聚氨酯系涂料的质量比为0.1-10。
在本发明的散热涂层中，所述散热涂层包含氮化硼和氧化铝，所述氮化硼与所述氧化铝的质量比为0.1-10。
本发明还提供一种上述的散热涂层的制备方法，包括如下步骤：
A、将石墨烯或纳米碳、碳化硅和聚氨酯系涂料、环氧树脂涂料以及氮化硼和/或氧化铝按照配比进行混合得到混合物；
B、将所述混合物进行熔融加热；
C、将加热后的混合物进行挤压冷却得到条状物或片状物；
D、将条状物或片状物打碎、研磨并过筛，得到粒径为20-70μm的粉末颗粒；
E、将所述粉末颗粒在负电压下高压静电喷涂。
在本发明的制备方法中，在步骤B中，将所述混合物先在80-90℃条件下加热5s-30s，再在100-110℃条件下加热20s-50s。
在本发明的制备方法中，在步骤C中，将加热后的混合物挤压成条状物，所述条状物的直径＜1.0mm；或将加热后的混合物挤压成片状物，所述片状物的厚度＜1.0mm。
在本发明的制备方法中，在步骤D中，所得到的粉末颗粒的粒径为35-60μm。
在本发明的制备方法中，在步骤E中，在100KV DC以下负电压条件下，粉末颗粒输出量在每分钟450g以下，粉末颗粒在电场力的作用下喷涂吸附在被涂物的表面，再经由130~220℃高温固化5~30分钟。
实施本发明散热涂层及其制备方法，具有以下有益效果：本发明散热涂层直接由石墨烯或纳米碳与辅料共同混合制备形成散热涂层，该散热涂层不但减少了石墨烯或纳米碳的用量，大大节省了成本，同时使得被涂物的散热性能提升了20%以上。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，应明白，还可使用其他的实施例，或者对本文列举的实施例进行材料和功能上的修改，而不会脱离本发明的范围和实质。下面结合实施例，对本发明的散热涂层及其制备方法作进一步说明：
本发明提供了一种散热涂层，该散热涂层包含如下质量份数的组分：石墨烯或纳米碳0.03-0.3份、碳化硅和聚氨酯系涂料25-45份、环氧树脂涂料25-40份以及氮化硼和/或氧化铝18-35份。
其中，石墨烯的优选用量为0.03-0.25份，纳米碳的优选用量为0.18-0.3份。纳米碳可以是纳米碳管，也可以是纳米碳球等，石墨烯和纳米碳均是现存最高导热系数的物质（5300W/m.K），是拥有最高发射率的物质（99.965%）。环氧树脂涂料优选用量为35-40份，且环氧树脂涂料为已有涂料，这里不再进行详细赘述。
需要说明的是，碳化硅和聚氨酯系涂料的总用量为25-45份，优选总用量为40份，其中，碳化硅与聚氨酯系涂料的质量比为0.1-10，优选地，碳化硅与聚氨酯系涂料的质量比为0.8-1.5。其中，聚氨酯系涂料为已有涂料，这里不再详细赘述。还需要说明的是，散热涂层可以包含氮化硼18-35份，而不含有氧化铝；也可以包含氧化铝18-35份，而不含有氮化硼；或者可以同时包括氧化铝和氮化硼的总用量为18-35份，此时，氮化硼与氧化铝的质量比为0.1-10，优选地，氮化硼与氧化铝的质量比为0.7-1.2。
其中，优选地，散热涂层包含氮化硼20份；或者包含氧化铝20份；或者同时包括氧化铝和氮化硼的总用量为20份，此时，氮化硼与氧化铝的质量比为0.1-10，优选地，氮化硼与氧化铝的质量比为0.7-1.2。
上述的散热涂层的制备方法，包括如下步骤：
A、将石墨烯或纳米碳、碳化硅和聚氨酯系涂料、环氧树脂涂料以及氮化硼和/或氧化铝按照配比进行混合得到混合物；
B、将混合物进行熔融加热；将混合物先在80-90℃条件下加热5s-30s，再在100-110℃条件下加热20s-50s；
C、将加热后的混合物挤压冷却得到条状物或片状物；其中，条状物的直径＜1mm，优选直径为0.5mm-0.8mm；片状物的厚度＜1mm，优选厚度为0.3mm-0.5mm；
D、将条状物或片状物打碎、研磨并过筛，得到粒径为20-70μm的粉末颗粒；粉末颗粒的粒径优选为35-60μm；
E、将粉末颗粒在负电压下高压静电喷涂；其中，在负电压的条件为在100KV DC以下，优选为60KV~80KV DC；粉末颗粒输出量在每分钟450g以下，优选为每分钟300g-350g，固化温度为130~220℃高温固化时间为5~30分钟，优选条件为180℃固化20分钟或者200℃固化15分钟。
本发明散热涂层无需载体层，直接由石墨烯或纳米碳与辅料共同混合制备形成散热涂层，该散热涂层不但减少了石墨烯或纳米碳的用量，大大节省了成本，同时使得被涂物的散热性能提升了20%以上。
下面通过具体实施例进行详细说明。
实施例1：
将0.25份的石墨烯、40份的碳化硅和聚氨酯系涂料、40份的环氧树脂涂料以及20份的氮化硼按照配比进行混合得到混合物，其中碳化硅与聚氨酯系涂料的质量比为1；将混合物先在85℃条件下加热20s，再在105℃条件下加热35s；将加热后的混合物挤压冷却得到条状物，条状物的直径为0.5mm；将条状物打碎、研磨并过筛，得到粒径为35-60μm的粉末颗粒；在70KV DC负电压条件下，粉末颗粒输出量为每分钟320g，粉末颗粒在电场力的作用下喷涂吸附在被涂物的表面，再经由200℃高温固化15分钟，最终形成散热涂层，该散热涂层的散热效果见表1，由表1结果可见，本实施例的散热涂层散热效果优良。
表1：
实施例2：
将0.03份的石墨烯、40份的碳化硅和聚氨酯系涂料、35份的环氧树脂涂料以及20份的氧化铝按照配比进行混合得到混合物，其中碳化硅与聚氨酯系涂料的质量比为0.8；将混合物先在85℃条件下加热20s，再在105℃条件下加热35s；将加热后的混合物挤压冷却得到条状物，条状物的直径为0.5mm；将条状物打碎、研磨并过筛，得到粒径为35-60μm的粉末颗粒；在60KV DC负电压条件下，粉末颗粒输出量为每分钟320g，粉末颗粒在电场力的作用下喷涂吸附于被涂物的表面，再经由180℃高温固化20分钟，该散热涂层的散热效果见表2，由表2结果可见，本实施例的散热涂层散热效果优良。
表2：
实施例3：
将0.1份的石墨烯、40份的碳化硅和聚氨酯系涂料、40份的环氧树脂涂料以及20份的氮化硼和氧化铝按照配比进行混合得到混合物，其中碳化硅与聚氨酯系涂料的质量比为1.5，氮化硼与氧化铝的质量比为0.7；将混合物先在85℃条件下加热20s，再在105℃条件下加热35s；将加热后的混合物挤压冷却得到条状物，条状物的直径为0.8mm；将条状物打碎、研磨并过筛，得到粒径为20-70μm的粉末颗粒；在65KV DC负电压条件下，粉末颗粒输出量为每分钟300g，粉末颗粒在电场力的作用下喷涂吸附在被涂物的表面，再经由200℃高温固化15分钟，该散热涂层的散热效果见表3，由表3结果可见，本实施例的散热涂层散热效果优良。
表3：
实施例4：
将0.1份的石墨烯、40份的碳化硅和聚氨酯系涂料、40份的环氧树脂涂料以及20份的氮化硼和氧化铝按照配比进行混合得到混合物，其中碳化硅与聚氨酯系涂料的质量比为1.5，氮化硼与氧化铝的质量比为1.2；将混合物先在85℃条件下加热20s，再在105℃条件下加热35s；将加热后的混合物挤压冷却得到条状物，条状物的直径为0.8mm；将条状物打碎、研磨并过筛，得到粒径为20-70μm的粉末颗粒；在80KV DC负电压条件下，粉末颗粒输出量为每分钟350g，粉末颗粒在电场力的作用下喷涂吸附在被涂物的表面，再经由200℃高温固化15分钟，该散热涂层的散热效果见表4，由表4结果可见，本实施例的散热涂层散热效果优良。
表4：
实施例5：
将0.3份的石墨烯、45份的碳化硅和聚氨酯系涂料、40份的环氧树脂涂料以及35份的氮化硼和氧化铝按照配比进行混合得到混合物，其中碳化硅与聚氨酯系涂料的质量比为0.1，氮化硼与氧化铝的质量比为10；将混合物先在90℃条件下加热5s，再在110℃条件下加热20s；将加热后的混合物挤压冷却得到片状物，片状物的厚度为0.5mm；将片状物打碎、研磨并过筛，得到粒径为20-70μm的粉末颗粒；在72KV DC负电压条件下，粉末颗粒输出量为每分钟305g，粉末颗粒在电场力的作用下喷涂吸附在被涂物的表面，再经由130℃高温固化30分钟，该散热涂层的散热效果见表5，由表5结果可见，本实施例的散热涂层散热效果优良。
表5：
实施例6：
将0.03份的石墨烯、25份的碳化硅和聚氨酯系涂料、25份的环氧树脂涂料以及18份的氮化硼和氧化铝按照配比进行混合得到混合物，其中碳化硅与聚氨酯系涂料的质量比为10，氮化硼与氧化铝的质量比为0.1；将混合物先在80℃条件下加热30s，再在100℃条件下加热50s；将加热后的混合物挤压冷却得到片状物，片状物的厚度为0.3mm；将片状物打碎、研磨并过筛，得到粒径为35-60μm的粉末颗粒；将粉末颗粒在68KV DC负电压条件下，粉末颗粒输出量为每分钟290g，粉末颗粒在电场力的作用下喷涂吸附在被涂物的表面，再经由220℃高温固化14分钟，该散热涂层的散热效果见表6，由表6结果可见，本实施例的散热涂层散热效果优良。
表6：
实施例7：
将0.03份的石墨烯、25份的碳化硅和聚氨酯系涂料、25份的环氧树脂涂料以及18份的氮化硼按照配比进行混合得到混合物，其中碳化硅与聚氨酯系涂料的质量比为10；将混合物先在80℃条件下加热30s，再在100℃条件下加热50s；将加热后的混合物挤压冷却得到片状物，片状物的厚度为0.3mm；将片状物打碎、研磨并过筛，得到粒径为35-60μm的粉末颗粒；将粉末颗粒在80KV DC负电压条件下，粉末颗粒输出量为每分钟370g，粉末颗粒在电场力的作用下喷涂吸附在被涂物的表面，再经由200℃高温固化15分钟，该散热涂层的散热效果见表7，由表7结果可见，本实施例的散热涂层散热效果优良。
表7：
实施例8：
将0.3份的石墨烯、45份的碳化硅和聚氨酯系涂料、40份的环氧树脂涂料以及35份的氧化铝按照配比进行混合得到混合物，其中碳化硅与聚氨酯系涂料的质量比为0.1；将混合物先在90℃条件下加热5s，再在110℃条件下加热20s；将加热后的混合物挤压冷却得到片状物，片状物的厚度为0.5mm；将片状物打碎、研磨并过筛，得到粒径为20-70μm的粉末颗粒；将粉末颗粒在72KV DC负电压条件下，粉末颗粒输出量为每分钟330g，粉末颗粒在电场力的作用下喷涂吸附在被涂物的表面，再经由200℃高温固化15分钟，该散热涂层的散热效果见表8，由表8结果可见，本实施例的散热涂层散热效果优良。
表8：
实施例9：
将0.18份的纳米碳球、40份的碳化硅和聚氨酯系涂料、40份的环氧树脂涂料以及20份的氮化硼按照配比进行混合得到混合物，其中碳化硅与聚氨酯系涂料的质量比为1；将混合物先在85℃条件下加热20s，再在105℃条件下加热35s；将加热后的混合物挤压冷却得到条状物，条状物的直径为0.5mm；将条状物打碎、研磨并过筛，得到粒径为35-60μm的粉末颗粒；将粉末颗粒在70KV DC负电压条件下，粉末颗粒输出量为每分钟320g，粉末颗粒在电场力的作用下喷涂吸附在被涂物的表面，再经由200℃高温固化15分钟，该散热涂层的散热效果见表9，由表9结果可见，本实施例的散热涂层散热效果优良。
表9：
实施例10：
将0.3份的纳米碳管、40份的碳化硅和聚氨酯系涂料、35份的环氧树脂涂料以及20份的氧化铝按照配比进行混合得到混合物，其中碳化硅与聚氨酯系涂料的质量比为0.8；将混合物先在85℃条件下加热20s，再在105℃条件下加热35s；将加热后的混合物挤压冷却得到条状物，条状物的直径为0.5mm；将条状物打碎、研磨并过筛，得到粒径为35-60μm的粉末颗粒；将粉末颗粒在60KV DC负电压条件下，粉末颗粒输出量为每分钟320g，粉末颗粒在电场力的作用下喷涂吸附在被涂物的表面，再经由180℃高温固化20分钟，该散热涂层的散热效果见表10，由表10结果可见，本实施例的散热涂层散热效果优良。
表10：
实施例11：
将0.25份的纳米碳球、40份的碳化硅和聚氨酯系涂料、40份的环氧树脂涂料以及20份的氮化硼和氧化铝按照配比进行混合得到混合物，其中碳化硅与聚氨酯系涂料的质量比为1.5，氮化硼与氧化铝的质量比为0.7；将混合物先在85℃条件下加热20s，再在105℃条件下加热35s；将加热后的混合物挤压冷却得到条状物，条状物的直径为0.8mm；将条状物打碎、研磨并过筛，得到粒径为20-70μm的粉末颗粒；将粉末颗粒在65KV DC负电压条件下，粉末颗粒输出量为每分钟300g，粉末颗粒在电场力的作用下喷涂吸附在被涂物的表面，再经由200℃高温固化15分钟，最终形成散热涂层，该散热涂层的散热效果见表11，由表11结果可见，本实施例的散热涂层散热效果优良。
表11：
实施例12：
将0.2份的纳米碳管、40份的碳化硅和聚氨酯系涂料、40份的环氧树脂涂料以及20份的氮化硼和氧化铝按照配比进行混合得到混合物，其中碳化硅与聚氨酯系涂料的质量比为1.5，氮化硼与氧化铝的质量比为1.2；将混合物先在85℃条件下加热20s，再在105℃条件下加热35s；将加热后的混合物挤压冷却得到条状物，条状物的直径为0.8mm；将条状物打碎、研磨并过筛，得到粒径为20-70μm的粉末颗粒；将粉末颗粒在80KV DC负电压条件下，粉末颗粒输出量为每分钟350g，粉末颗粒在电场力的作用下喷涂吸附在被涂物的表面，再经由200℃高温固化15分钟，最终形成散热涂层，该散热涂层的散热效果见表12，由表12结果可见，本实施例的散热涂层散热效果优良。
表12：
实施例13：
将0.3份的纳米碳球、45份的碳化硅和聚氨酯系涂料、40份的环氧树脂涂料以及35份的氮化硼和氧化铝按照配比进行混合得到混合物，其中碳化硅与聚氨酯系涂料的质量比为0.1，氮化硼与氧化铝的质量比为10；将混合物先在90℃条件下加热5s，再在110℃条件下加热20s；将加热后的混合物挤压冷却得到片状物，片状物的厚度为0.5mm；将片状物打碎、研磨并过筛，得到粒径为20-70μm的粉末颗粒；将粉末颗粒在72KV DC负电压条件下，粉末颗粒输出量为每分钟305g，粉末颗粒在电场力的作用下喷涂吸附在被涂物的表面，再经由150℃高温固化30分钟，该散热涂层的散热效果见表13，由表13结果可见，本实施例的散热涂层散热效果优良。
表13：
实施例14：
将0.03份的纳米碳管、25份的碳化硅和聚氨酯系涂料、25份的环氧树脂涂料以及18份的氮化硼和氧化铝按照配比进行混合得到混合物，其中碳化硅与聚氨酯系涂料的质量比为10，氮化硼与氧化铝的质量比为0.1；将混合物先在80℃条件下加热30s，再在100℃条件下加热50s；将加热后的混合物挤压冷却得到片状物，片状物的厚度为0.3mm；将片状物打碎、研磨并过筛，得到粒径为35-60μm的粉末颗粒；将粉末颗粒在68KV DC负电压条件下，粉末颗粒输出量为每分钟290g，粉末颗粒在电场力的作用下喷涂吸附在被涂物的表面，再经由220℃高温固化5分钟，该散热涂层的散热效果见表14，由表14结果可见，本实施例的散热涂层散热效果优良。
表14：
实施例15：
将0.03份的纳米碳球、25份的碳化硅和聚氨酯系涂料、25份的环氧树脂涂料以及18份的氮化硼按照配比进行混合得到混合物，其中碳化硅与聚氨酯系涂料的质量比为10；将混合物先在80℃条件下加热30s，再在100℃条件下加热50s；将加热后的混合物挤压冷却得到片状物，片状物的厚度为0.3mm；将片状物打碎、研磨并过筛，得到粒径为35-60μm的粉末颗粒；将粉末颗粒在80KV DC负电压条件下，粉末颗粒输出量为每分钟370g，粉末颗粒在电场力的作用下喷涂吸附在被涂物的表面，再经由200℃高温固化15分钟，该散热涂层的散热效果见表15，由表15结果可见，本实施例的散热涂层散热效果优良。
表15：
实施例16：
将0.3份的纳米碳管、45份的碳化硅和聚氨酯系涂料、40份的环氧树脂涂料以及35份的氧化铝按照配比进行混合得到混合物，其中碳化硅与聚氨酯系涂料的质量比为0.1；将混合物先在90℃条件下加热5s，再在110℃条件下加热20s；将加热后的混合物挤压冷却得到片状物，片状物的厚度为0.5mm；将片状物打碎、研磨并过筛，得到粒径为20-70μm的粉末颗粒；将粉末颗粒在72KV DC负电压条件下，粉末颗粒输出量为每分钟330g，粉末颗粒在电场力的作用下喷涂吸附在被涂物的表面，再经由200℃高温固化15分钟，该散热涂层的散热效果见表16，由表16结果可见，本实施例的散热涂层散热效果优良。
表16：
本发明散热涂层由石墨烯或纳米碳与辅料直接共同混合制备形成散热涂层，该散热涂层不但减少了石墨烯或纳米碳的用量，大大节省了成本，同时使得被涂物的散热性能提升了20%以上。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，本领域技术人员知悉，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等同替换。另外，在本发明的指导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种散热涂层，其特征在于，包含如下质量份数的组分：石墨烯或纳米碳0.03-0.3份、碳化硅和聚氨酯系涂料25-45份、环氧树脂涂料25-40份以及氮化硼和/或氧化铝18-35份。
2.根据权利要求1所述的散热涂层，其特征在于，包含如下质量份数的组分：石墨烯0.03-0.25份、碳化硅和聚氨酯系涂料40份、环氧树脂涂料35-40份以及氮化硼和/或氧化铝20份。
3.根据权利要求1所述的散热涂层，其特征在于，包含如下质量份数的组分：纳米碳0.18-0.3份、碳化硅和聚氨酯系涂料40份、环氧树脂涂料35-40份以及氮化硼和/或氧化铝20份。
4.根据权利要求1-3任一项权利要求所述的散热涂层，其特征在于，所述碳化硅与所述聚氨酯系涂料的质量比为0.1-10。
5.根据权利要求1-3任一项权利要求所述的散热涂层，其特征在于，所述散热涂层包含氮化硼和氧化铝，所述氮化硼与所述氧化铝的质量比为0.1-10。
6.一种权利要求1-5任一项所述的散热涂层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
A、将石墨烯或纳米碳、碳化硅和聚氨酯系涂料、环氧树脂涂料以及氮化硼和/或氧化铝按照配比进行混合得到混合物；
B、将所述混合物进行熔融加热；
C、将加热后的混合物进行挤压冷却得到条状物或片状物；
D、将条状物或片状物打碎、研磨并过筛，得到粒径为20-70μm的粉末颗粒；
E、将所述粉末颗粒在负电压下高压静电喷涂。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，在步骤B中，将所述混合物先在80-90℃条件下加热5s-30s，再在100-110℃条件下加热20s-50s。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，在步骤C中，将加热后的混合物挤压成条状物，所述条状物的直径＜1.0mm；或将加热后的混合物挤压成片状物，所述片状物的厚度＜1.0mm。
9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，在步骤D中，所得到的粉末颗粒的粒径为35-60μm。
10.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，在步骤E中，在100KV DC以下负电压条件下，所述粉末颗粒输出量在每分钟450g以下，所述粉末颗粒在电场力的作用下喷涂吸附在被涂物的表面，再经由130~220℃高温固化5~30分钟。
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