CN107538842A - 一种储能散热复合胶片及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于功能性粘结剂技术领域，具体涉及一种储能散热复合胶片，并进一步公开其制备方法。本发明所述储能散热复合胶片，包括由相变胶黏剂形成的相变胶黏层，以及附着于所述相变胶黏层两侧的导热基材层和金属基材层，所述相变胶黏剂由热熔胶、导热材料、所述相变储能微胶囊组成。本发明所述储能散热复合胶片，在现有热熔胶的基础上，添加所述相变储能微胶囊材料进行处理，制得的储能散热复合胶片除了具有一般胶带的性能外，更具有了较好的储能性能，使得所述储能散热胶片能够快速的将体系中的热量传导出去，迅速吸收和传导电子元器件高速运行产生的热量，使其更适用于微电子元器件和电子设备领域的应用。
Description
技术领域
本发明属于功能性粘结剂技术领域，具体涉及一种储能散热复合胶片，并进一步公开其制备方法。
背景技术
随着微电子集成技术和高密度印制板组装技术的迅速发展，电子设备的组装密度迅速提高，电子元件、逻辑电路体积成千上万倍地缩小，电子仪器及设备日益朝轻、薄、短、小的方向发展。
在高频工作频率下，半导体工作热环境向高温方向迅速移动，此时，电子元器件产生的热量将会迅速积累并增加，在使用环境温度下，要使电子元器件仍能高可靠性地正常工作，及时散热能力成为影响其使用寿命的关键限制因素。为保障元器件运行可靠性，需使用高可靠性、高导热性能等综合性能优异的材料，能够迅速、及时地将发热元件积聚的热量传递给散热设备，以保障电子设备的正常运行。现有技术中大都采用金属散热片和石墨散热片解决散热问题，但是，金属散热片虽然本身导热系数高，但是界面性质很差，与热源接触时有很大的接触热阻，不能很好的将热量从热源传递到金属，从而影响散热；而石墨散热片在纵向的导热系数很低，并且其界面性质也比较差，也不能很好地将热量从热源传递出来。
相变材料(PCM-Phase Change Material)又称相变储能材料，是指能被利用其在物态变化时所吸收(放出)的大量热能用于能量储存的材料，是一种能随温度变化而改变物理性质并能提供潜热的物质，其转变物理性质的过程称为相变过程，这时相变材料能够吸收或释放大量的潜热，是一种非常好的绿色节能环保性能载体。现有技术中，为了使一些元器件温度不会由于温度过高而导致元器件烧毁，开发出一种利用相变层的吸热装置，利用相变材料的物理特性，使得固态的相变层吸收热量后变为液态，这样可以降低元器件的温度，达到吸热降温的效果。但是一方面，但由于固-液相变材料在熔融后相变为液相，具有一定的流动性，并且易与周围物质发生掺混，在实际应用中受到限制；另外，单纯的设置相变装置也不符合微电子集成技术的发展方向。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种储能散热复合胶片，并进一步公开其制备方法。
为解决上述技术问题，本发明公开了一种相变储能微胶囊用于制备储能散热复合胶片的应用，所述相变储能微胶囊是以相变材料为芯材，以有机高分子材料为胶囊壁的核壳结构。
进一步的，本发明还公开了一种储能散热复合胶片，包括由相变胶黏剂形成的相变胶黏层，以及附着于所述相变胶黏层两侧的导热基材层和金属基材层，所述相变胶黏剂由热熔胶、导热材料及相变储能微胶囊组成；
所述相变储能微胶囊是以相变材料为芯材，以有机高分子材料为胶囊壁的核壳结构。。
优选的，所述相变材料为石蜡。
更优的，所述石蜡为固相石蜡和液相石蜡的混合物，其相转变温度为20-50℃。
所述胶囊壁是以甲苯-2,4-二异氰酸酯和乙二胺为聚合单体，在水作为聚合介质存在下，与辛基酚聚氧乙烯醚为乳化剂经界面聚合制得的脲醛材料。
所述热熔胶选自聚酯热熔胶(如VylonGA6400)、聚氨酯热熔胶(如Desmopan985)、聚烯烃热熔胶(如TechnomeltXPO1050)、乙烯基醋酸乙烯酯热熔胶(如HanwhaEVA1529)中的至少一种；
所述的导热材料选自氮化硼或氮化铝。
所述导热基材为石墨；所述金属基材为铜箔。
本发明还公开了一种制备所述储能散热复合胶片的方法，包括如下步骤：
(1)取所述相变储能材料和所述导热材料均匀分散于所述热熔胶中，制得所述相变胶黏剂；
(2)将所得相变胶黏剂倒入挤出机，挤出涂布于选定导热基材的至少一面，并以选定的金属基材覆盖在所述导热基材涂布有所述相变胶黏剂的一面，于70-120℃热压固定。
所述步骤(1)中，所述相变储能微胶囊和所述导热材料的用量比为1：10-10：1，并优选2：1；所述相变储能微胶囊和所述导热材料的总量与所述热熔胶的用量比为1：10-10：1，并优选1.5：1。
所述步骤(1)中，还包括制备所述相变储能微胶囊的步骤，具体包括：取所述相变材料加热至熔融态，加入至所述聚合介质中混匀，并加入所述乳化剂，高速搅拌将所述相变材料分散成细小乳液滴；随后调节体系温度至70-80℃，并加入所述聚合单体进行界面聚合包覆，得到所述相变储能微胶囊。
所述相变材料、聚合单体、乳化剂和聚合介质的质量比为2：1-1.5：0.15-3：10，并优选2：1.15：5：10。
本发明所述储能散热复合胶片，在现有热熔胶的基础上，添加所述相变储能微胶囊材料进行处理，制得的储能散热复合胶片除了具有一般胶带的性能外，更具有了较好的储能性能，使得所述储能单热胶片能够快速的将体系中的热量传到出去，迅速吸收和传导电子元器件高速运行产生的热量，使其更适用于微电子元器件和电子设备领域的应用。
更优的，本发明所述储能散热复合胶片，将所述相变材料以微胶囊的结构进行添加，所述微胶囊以相变材料为内核芯材，经界面聚合包覆制得，所述相变微胶囊材料在相变过程中，作为内核的相变材料发生固-液相转变，其外层的有机材料膜始终保持为固态，因此，所得相变微胶囊材料在宏观上将一直为固态微粒，与传统相变材料相比，提高了稳定性，强化了传热性能，更适用于利用相变进行散热之用。
具体实施方式
实施例1相变微胶囊
取液体石蜡10g固体石蜡10g加热至熔融态，并加入至100g水中分散混匀，随后加入30g辛基酚聚氧乙烯醚乳化剂进行乳化，高速(2000r/min)搅拌将所述石蜡分散成细小乳液滴；随后调节体系温度至70-80℃，并加入1.5g甲苯-2,4-二异氰酸酯和10g乙二胺，进行界面聚合包覆，得到所述相变微胶囊。
经检测，所得微胶囊粒径为3-4微米，所得微胶囊的储能值为180-200J/g。
实施例2
取液体石蜡5g固体石蜡15g加热至熔融态，并加入至100g水中分散混匀，并加入1.5g辛基酚聚氧乙烯醚乳化剂进行乳化，高速搅拌将所述石蜡分散成细小乳液滴；随后调节体系温度至70-80℃，并加入1.5g甲苯-2,4-二异氰酸酯和10g乙二胺，进行界面聚合包覆，得到所述相变微胶囊。
经检测，所得微胶囊粒径为3-4微米，所得微胶囊的储能值为180-200J/g。
实施例3
取液体石蜡10g固体石蜡10g加热至熔融态，并加入至100g水中分散混匀，并加入5g辛基酚聚氧乙烯醚乳化剂进行乳化，高速搅拌将所述石蜡分散成细小乳液滴；随后调节体系温度至70-80℃，并加入1g甲苯-2,4-二异氰酸酯和9g乙二胺，进行界面聚合包覆，得到所述相变微胶囊。
经检测，所得微胶囊粒径为3-4微米，所得微胶囊的储能值为180-200J/g。
实施例4
取液体石蜡5g固体石蜡15g加热至熔融态，并加入至100g水中分散混匀，并加入10g辛基酚聚氧乙烯醚乳化剂进行乳化，高速搅拌将所述石蜡分散成细小乳液滴；随后调节体系温度至70-80℃，并加入3g甲苯-2,4-二异氰酸酯和12g乙二胺，进行界面聚合包覆，得到所述相变微胶囊。
经检测，所得微胶囊粒径为3-4微米，所得微胶囊的储能值为180-200J/g。
实施例5
本实施例所述储能散热复合胶片，包括由相变胶黏剂形成的相变胶黏层，以及附着于所述相变胶黏层两侧的导热基材层和金属基材层，所述相变胶黏剂可以涂覆于所述导热基材层的一面或两面，并在涂覆有相变胶黏剂的一侧，设置有金属基材层。
所述相变胶黏剂由100g聚酯热熔胶、50g氮化硼导热材料、100g实施例1制得的所述相变储能微胶囊组成。
本实施例所述储能散热复合胶片的制备方法，包括如下步骤：取实施例1中制得的所述相变储能微胶囊和所述导热材料均匀分散于所述热熔胶中，制得所述相变胶黏剂；并将所得相变胶黏剂倒入挤出机，挤出涂布于石墨基材的两面，并以铜箔为金属基材覆盖在所述导热基材的两面，并于70-120℃热压固定，即得。
本实施例所得到的储能散热复合胶片产品，其导热率为5，储能量为110J/g，胶与基材之间剥离力为2.5N/15mm。
对比例1
本对比例所述储能散热复合胶片，其结构以及材料组成均与实施例5相同，其区别仅在于，所述相变胶黏剂中不添加所述相变储能微胶囊。
本对比例所述储能散热复合胶片产品，其导热率为7.8，储能量为5.6J/g，胶与基材之间剥离力为3.6N/15mm。
实施例6
本实施例所述储能散热复合胶片，包括由相变胶黏剂形成的相变胶黏层，以及附着于所述相变胶黏层两侧的导热基材层和金属基材层，所述相变胶黏剂可以涂覆于所述导热基材层的一面或两面，并在涂覆有相变胶黏剂的一侧，设置有金属基材层。
所述相变胶黏剂由100g聚氨酯热熔胶、50g氮化硼导热材料、100g实施例2制得的所述相变储能微胶囊组成。
本实施例所述储能散热复合胶片的制备方法，包括如下步骤：取实施例2中制得的所述相变储能微胶囊和所述导热材料均匀分散于所述热熔胶中，制得所述相变胶黏剂；并将所得相变胶黏剂倒入挤出机，挤出涂布于石墨基材的两面，并以铜箔为金属基材覆盖在所述导热基材的两面，并于70-120℃热压固定，即得。
本实施例所得到的储能散热复合胶片产品，其导热率为5，储能量为110J/g，胶与基材之间剥离力为2.1N/15mm。
对比例2
本对比例所述储能散热复合胶片，其结构以及材料组成均与实施例6相同，其区别仅在于，所述相变胶黏剂中不添加所述相变储能微胶囊。
本对比例所述储能散热复合胶片产品，其导热率为8.1，储能量为6.2J/g，胶与基材之间剥离力为4.3N/15mm。
实施例7
本实施例所述储能散热复合胶片，包括由相变胶黏剂形成的相变胶黏层，以及附着于所述相变胶黏层两侧的导热基材层和金属基材层，所述相变胶黏剂可以涂覆于所述导热基材层的一面或两面，并在涂覆有相变胶黏剂的一侧，设置有金属基材层。
所述相变胶黏剂由100g聚烯烃热熔胶、50g氮化铝导热材料、100g实施例3制得的所述相变储能微胶囊组成。
本实施例所述储能散热复合胶片的制备方法，包括如下步骤：取实施例3中制得的所述相变储能微胶囊和所述导热材料均匀分散于所述热熔胶中，制得所述相变胶黏剂；并将所得相变胶黏剂倒入挤出机，挤出涂布于石墨基材的两面，并以铜箔为金属基材覆盖在所述导热基材的两面，并于70-120℃热压固定，即得。
本实施例所得到的储能散热复合胶片产品，其导热率为4.8，储能量为110J/g，胶与基材之间剥离力为2.2N/15mm。
对比例3
本对比例所述储能散热复合胶片，其结构以及材料组成均与实施例7相同，其区别仅在于，所述相变胶黏剂中不添加所述相变储能微胶囊。
本对比例所述储能散热复合胶片产品，其导热率为8.5，储能量为6.3J/g，胶与基材之间剥离力为4.4N/15mm。
实施例8
本实施例所述储能散热复合胶片，包括由相变胶黏剂形成的相变胶黏层，以及附着于所述相变胶黏层两侧的导热基材层和金属基材层，所述相变胶黏剂可以涂覆于所述导热基材层的一面或两面，并在涂覆有相变胶黏剂的一侧，设置有金属基材层。
所述相变胶黏剂由100g乙烯基醋酸乙烯酯热熔胶、50g氮化铝导热材料、100g实施例4制得的所述相变储能微胶囊组成。
本实施例所述储能散热复合胶片的制备方法，包括如下步骤：取实施例4中制得的所述相变储能微胶囊和所述导热材料均匀分散于所述热熔胶中，制得所述相变胶黏剂；并将所得相变胶黏剂倒入挤出机，挤出涂布于石墨基材的两面，并以铜箔为金属基材覆盖在所述导热基材的两面，并于70-120℃热压固定，即得。
本实施例所得到的储能散热复合胶片产品，其导热率为5，储能量为110J/g，胶与基材之间剥离力为2.3N/15mm。
对比例4
本对比例所述储能散热复合胶片，其结构以及材料组成均与实施例8相同，其区别仅在于，所述相变胶黏剂中不添加所述相变储能微胶囊。
本对比例所述储能散热复合胶片产品，其导热率为7.5，储能量为7.1J/g，胶与基材之间剥离力为3.8N/15mm。
从上述实施例数据可知，本发明所述储能散热复合胶片，在现有复合胶片基础上，添加相变储能胶囊，极大的增加了所述胶片的储能性能，同时对其导热性能和粘结性能影响极小，完全可满足复合胶片的性能要求，同时具有极佳的储能性能。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种相变储能微胶囊用于制备储能散热复合胶片的应用，其特征在于，所述相变储能微胶囊是以相变材料为芯材，以有机高分子材料为胶囊壁的核壳结构。
2.一种储能散热复合胶片，其特征在于，包括由相变胶黏剂形成的相变胶黏层，以及附着于所述相变胶黏层两侧的导热基材层和金属基材层，所述相变胶黏剂由热熔胶、导热材料及相变储能微胶囊组成；
所述相变储能微胶囊是以相变材料为芯材，以有机高分子材料为胶囊壁的核壳结构。。
3.根据权利要求2所述的储能散热复合胶片，其特征在于，所述相变材料为石蜡。
4.根据权利要求3所述的储能散热复合胶片，其特征在于，所述石蜡为固相石蜡和液相石蜡的混合物，其相转变温度为20-50℃。
5.根据权利要求2-4任一项所述的储能散热复合胶片，其特征在于，所述胶囊壁是以甲苯-2,4-二异氰酸酯和乙二胺为聚合单体，在水作为聚合介质存在下，与辛基酚聚氧乙烯醚为乳化剂经界面聚合制得的脲醛材料。
6.根据权利要求2-5任一项所述的储能散热复合胶片，其特征在于：
所述热熔胶选自聚酯热熔胶、聚氨酯热熔胶、聚烯烃热熔胶、乙烯基醋酸乙烯酯热熔胶中的至少一种；
所述的导热材料选自氮化硼或氮化铝。
7.根据权利要求2-6任一项所述的储能散热复合胶片，其特征在于：
所述导热基材为石墨；所述金属基材为铜箔。
8.一种制备权利要求2-7任一项所述储能散热复合胶片的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)取所述相变储能材料和所述导热材料均匀分散于所述热熔胶中，制得所述相变胶黏剂；
(2)将所得相变胶黏剂倒入挤出机，挤出涂布于选定导热基材的至少一面，并以选定的金属基材覆盖在所述导热基材涂布有所述相变胶黏剂的一面，于70-120℃热压固定。
9.根据权利要求8所述的制备所述储能散热复合胶片的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述相变储能微胶囊和所述导热材料的用量比为1：10-10：1；所述相变储能微胶囊和所述导热材料的总量与所述热熔胶的用量比为1：10-10：1。
10.根据权利要求8或9所述的制备所述储能散热复合胶片的方法，其特征在于：所述步骤(1)中，还包括制备所述相变储能微胶囊的步骤，具体包括：取所述相变材料加热至熔融态，加入至所述聚合介质中混匀，并加入所述乳化剂，高速搅拌将所述相变材料分散成细小乳液滴；随后调节体系温度至70-80℃，并加入所述聚合单体进行界面聚合包覆，得到所述相变储能微胶囊。
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