CN108484948A - 具高导热及电磁屏蔽功能的复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

具高导热及电磁屏蔽功能的复合材料，该复合材料由上层材料组合物及下层材料组合物通过硫化复合而成，所述上层材料组合物的厚度为0.02～0.7毫米，所述下层材料组合物的厚度为0.5～6.0毫米，所述复合材料的导热系数为3.0～8.0瓦/米·度，所述复合材料的电阻率≤0.01欧姆·厘米。本发明还公开了一种具高导热及电磁屏蔽功能的复合材料的制备方法。本发明的复合材料可保证导热电磁屏蔽的同时还可以使组合物具有良好的机械强度，得到的复合材料的导热系数高于普通材料的0.2瓦/米·度，且其电阻率≤0.01欧姆·厘米，可完全满足在激光电视的应用。此外，本发明的复合材料可有效解决对有机硅敏感的场合对导热、屏蔽和弹性导热界面材料的需求，以满足产品的散热和信号稳定的要求。

Description

具高导热及电磁屏蔽功能的复合材料及其制备方法
【技术领域】
本发明涉及一种复合材料，特别是涉及一种导热效果好且具有电磁屏蔽的具高导热及电磁屏蔽功能的复合材料。
【背景技术】
随着信息化技术的快速发展，对于电子产品中的光学元器件材料的要求也越来越高。例如，在硬盘磁头、激光电视等光学元器件的场合，元器件对材料中的有机硅的挥发分敏感度很高，会导致镜头雾化或者磁头灵敏度降低，从而使产品出现质量问题。因此，在该场合必须选用不含有任何有机硅成分的基体作为载体。而现有无硅材料制备的光学元器件电阻率大，导热系数通常为0.2瓦/米·度，这对于越来越微型化的电子产品来说，其无法实现良好的导热效果，严重影响了产品的性能及使用寿命。因此，如何提供一种既具有良好的导热效果，又可实现电磁屏蔽的光学元器件材料，以保障光学元器件性能良好就成为一种客观需求。
【发明内容】
本发明旨在解决上述问题，而提供一种可用于对硅敏感的光学元器件的具高导热及电磁屏蔽功能的复合材料。
本发明还提供了一种具高导热及电磁屏蔽功能的复合材料的制备方法。
为实现本发明的目的，本发明提供了一种具高导热及电磁屏蔽功能的复合材料，该复合材料由上层材料组合物及下层材料组合物通过硫化复合而成，所述上层材料组合物的厚度为0.02～0.7毫米，所述下层材料组合物的厚度为0.5～6.0毫米，所述复合材料的导热系数为3.0～8.0瓦/米·度，所述复合材料的电阻率≤0.01欧姆·厘米。
优选地，所述上层材料组合物的厚度为0.05～0.5毫米，所述下层材料组合物的厚度为1.0～3.0毫米。
所述上层材料组合物包含以重量百分比计的如下组分：
所述下层材料组合物包含以重量百分比计的如下组分：
所述液体类橡胶为纯液体丙烯酸酯橡胶、液体羟基封端丁二烯橡胶、液体酸酐封端丁二烯橡胶中的一种，其粘度为1000～10000厘斯。
优选地，所述液体类橡胶的粘度为1000～5000厘斯。
所述导热粉体为石墨烯、氮化硼、石墨粉、石墨化碳纤维粉体或氧化铝中的一种，其结构为片状和纤维状，粒径为5～100微米。
所述电磁屏蔽粉体为导电类粉体石墨、镍粉、镍包石墨、银包铝、银包铜或银粉中的一种，其粒径为5～30微米。
优选地，所述电磁屏蔽粉体为银包铝、银包铜或银粉中的一种。
所述溶剂为二甲苯或乙酸乙酯，所述阻燃剂为无机矿物氢氧化铝，氢氧化镁或无机阻燃剂磷氮类中的一种，其粒径为5～10微米，所述交联剂为含有三异氰酸酯、过氧化二苯甲酰、二(亚肉桂基-1,6-己二胺)硫化或1,3,5-三巯基-2,4,6-均三嗪基团中的一种，所述老化剂为化学防老剂或其他类防老剂A(N-苯基-α-萘胺)、防老剂D(N-苯基-β-萘胺)，所述化学防老剂为胺类、酮胺类、醛胺类或酚类防老剂中的一种。
本发明还提供了一种具高导热及电磁屏蔽功能的复合材料的制备方法，该方法包括如下步骤：
a、将所述下层材料组合物的各组分置于转速为20～40转/分钟、真空度为-0.08以下的搅拌器内搅拌15～40分钟，使各组分混合均匀，然后将搅拌后的混合物置于温度为150℃～190℃的涂覆设备中硫化5～20分钟，得到弹性片型的下层材料组合物；
b、将所述上层材料组合物的各组分置于转速为20～40转/分钟、真空度为-0.08以下的搅拌器内搅拌15～40分钟，使各组分混合均匀，得到上层材料组合物；
c、将步骤b中的上层材料组合物置于速度为2～5次/秒的喷涂机中喷涂于步骤a中的弹性片型下层材料组合物上，再置于温度为150℃～190℃的烤箱中硫化10～20分钟，得到所述的具高导热及电磁屏蔽功能的复合材料。
优选地，该方法包括如下步骤：
a、将所述下层材料组合物的各组分置于转速为30转/分钟、真空度为-0.08以下的搅拌器内搅拌30分钟，使各组分混合均匀，然后将搅拌后的混合物置于温度为150℃的涂覆设备中硫化10分钟，得到弹性片型的下层材料组合物；
b、将所述上层材料组合物的各组分置于转速为30转/分钟、真空度为-0.08以下的搅拌器内搅拌30分钟，使各组分混合均匀，得到上层材料组合物；
c、将步骤b中的上层材料组合物置于速度为3次/秒的喷涂机中喷涂于步骤a中的弹性片型下层材料组合物上，再置于温度为150℃的烤箱中硫化15分钟，得到所述的具高导热及电磁屏蔽功能的复合材料。
本发明的贡献在于，其有效解决了现有光学元器件材料导热及电磁屏蔽效果差的问题。本发明的复合材料通过将两层材料组合物通过喷涂硫化复合而成，并通过对导热粉体、电磁屏蔽粉体的粒径和形貌选择，可保证导热电磁屏蔽的同时还可以使组合物具有良好的机械强度，得到的复合材料的导热系数为3.0～8.0瓦/米·度，高于普通材料的0.2瓦/米·度，且其电阻率≤0.01欧姆·厘米，可完全满足在激光电视的应用。此外，本发明的复合材料可有效解决对有机硅敏感的场合对导热、屏蔽和弹性导热界面材料的需求，以满足产品的散热和信号稳定的要求。本发明的复合材料还具有弹性、使用方便、易返修的特点。
【附图说明】
图1是本发明的结构示意图。
【具体实施方式】
参阅图1，本发明的具高导热及电磁屏蔽功能的复合材料由上层材料组合物10及下层材料组合物20通过硫化复合而成，其中，上层材料组合物10的厚度为0.02～0.7毫米，其包含液体类橡胶、溶剂、电磁屏蔽粉体、导热粉体、阻燃剂、交联剂及老化剂，下层材料组合物20的厚度为0.5～6.0毫米，其包含液体类橡胶、导热粉体、阻燃剂、交联剂及老化剂。
该复合材料的制备方法为：首先将下层材料组合物的各组分通过动力混合机抽真空混合，再使用涂覆设备将混合物涂覆硫化成弹性片材的下层材料组合物；然后将上层材料组合物的各组分通过高速搅拌机混合得到上层材料组合物，再将片材下层材料组合物放置在喷涂设备上，将上层材料组合物喷涂均匀一层于下层材料组合物上，然后硫化，即得到具高导热及电磁屏蔽功能的复合材料。
将制得的复合材料进行导热、电阻率及阻燃测试，其中，导热系数测试采用Hotdisk的测试设备；介电常数测试采用ASM D1461，采用SBJDCS-A型设备，GB/T1409-2006；阻燃测试方法为：阻燃采用UL94标准，0.25mm以上制备125×13mm样条，0.25mm以下制备200×50mm样条，进行阻燃测试。
下列实施例是对本发明的进一步解释和补充，对本发明不构成任何限制。
实施例1
下层材料制备：将24克粘度为8000厘斯的聚丙烯酸酯橡胶、10克粒径为20微米的氮化硼(美国圣戈班)、35克粒径为100微米的石墨化碳纤维粉体(日本碳素)，7克石墨烯(自制)，25克磷氮类阻燃剂(东莞道尔新材料)、0.5克过氧化二苯甲酰及0.5克防老剂D(N-苯基-β-萘胺)置于转速为30转/分、真空度为-0.08以下的搅拌器内搅拌30分钟，使各组分混合均匀。将搅拌后的混合物倒入涂覆设备的加料平台，调整厚度为1.0毫米，将其置于温度为150℃的烤箱中硫化10分钟，得到弹性片型的下层材料组合物20。
上层材料制备：将17.6克粘度为8000厘斯的聚丙烯酸酯橡胶，35克二甲苯、25克粒径为12微米的银包铝粉体(银泰电子)、13克石墨烯(自制)、9克磷氮类阻燃剂(东莞道尔新材料)、0.3克过氧化二苯甲酰及0.1克防老剂D(N-苯基-β-萘胺)置于转速为30转/分、真空度为-0.08以下的搅拌器内搅拌30分钟，使各组分混合均匀，得到上层材料组合物10。
将搅拌好的上层材料组合物10置于速度为3次/秒的喷涂机中，喷涂于弹性片型的下层材料组合物20上，厚度为0.05毫米，然后置于温度为150℃的烤箱中硫化15分钟，得到具高导热及电磁屏蔽功能的复合材料。
将制得的具高导热及电磁屏蔽功能的复合材料进行导热、电阻率、阻燃性能测试，测试结果参见表1。
实施例2
下层材料制备：将23克粘度为5000厘斯的聚丙烯酸酯橡胶、17克粒径为10微米的氮化硼(美国圣戈班)、33.4克粒径为100微米的石墨化碳纤维粉体(日本碳素)，3克石墨烯(自制)，23克磷氮类阻燃剂(东莞道尔新材料)、0.5克过氧化二苯甲酰及0.1克防老剂D(N-苯基-β-萘胺)置于转速为30转/分、真空度为-0.08以下的搅拌器内搅拌30分钟，使各组分混合均匀。将搅拌后的混合物倒入涂覆设备的加料平台，调整厚度为2.0毫米，将其置于温度为150℃的烤箱中硫化10分钟，得到弹性片型的下层材料组合物20。
上层材料制备：将21.6克粘度为5000厘斯的聚丙烯酸酯橡胶，35克二甲苯、25克粒径为10微米的银粉体(银泰电子)、13克石墨烯(自制)、5克磷氮类阻燃剂(东莞道尔新材料)、0.3克过氧化二苯甲酰及0.1克防老剂D(N-苯基-β-萘胺)置于转速为30转/分、真空度为-0.08以下的搅拌器内搅拌30分钟，使各组分混合均匀，得到上层材料组合物10。
将搅拌好的上层材料组合物10置于速度为3次/秒的喷涂机中，喷涂于弹性片型的下层材料组合物20上，厚度为0.2毫米，然后置于温度为150℃的烤箱中硫化15分钟，得到具高导热及电磁屏蔽功能的复合材料。
将制得的具高导热及电磁屏蔽功能的复合材料进行导热、电阻率、阻燃性能测试，测试结果参见表1。
实施例3
下层材料制备：将24克粘度为10000厘斯的羟基封端聚丁二烯橡胶、15克粒径为20微米的氮化硼(美国圣戈班)、30克粒径为100微米的石墨化碳纤维粉体(日本碳素)，8克石墨烯(自制)，22克粒径为5微米的氢氧化铝(东莞道尔新材料)、0.6克过氧化二苯甲酰及0.4克防老剂D(N-苯基-β-萘胺)置于转速为30转/分、真空度为-0.08以下的搅拌器内搅拌30分钟，使各组分混合均匀。将搅拌后的混合物倒入涂覆设备的加料平台，调整厚度为3.0毫米，将其置于温度为190℃的烤箱中硫化10分钟，得到弹性片型的下层材料组合物20。
上层材料制备：将22克粘度为10000厘斯的羟基封端聚丁二烯橡胶，21克二甲苯、27克粒径为20微米的银包铜粉体(银泰电子)、15克石墨烯(自制)、14克磷氮类阻燃剂(东莞道尔新材料)、0.5克过氧化二苯甲酰及0.5克防老剂D(N-苯基-β-萘胺)置于转速为30转/分、真空度为-0.08以下的搅拌器内搅拌30分钟，使各组分混合均匀，得到上层材料组合物10。
将搅拌好的上层材料组合物10置于速度为3次/秒的喷涂机中，喷涂于弹性片型的下层材料组合物20上，厚度为0.5毫米，然后置于温度为190℃的烤箱中硫化15分钟，得到具高导热及电磁屏蔽功能的复合材料。
将制得的具高导热及电磁屏蔽功能的复合材料进行导热、电阻率、阻燃性能测试，测试结果参见表1。
实施例4
下层材料制备：将32克粘度为3000厘斯的酸酐封端丁二烯橡胶、10克粒径为5微米的氮化硼(美国圣戈班)、25克粒径为100微米的石墨粉(日本碳素)，14克石墨烯(自制)，18克粒径为10微米的氢氧化镁(东莞道尔新材料)、0.7克过三异氰酸酯及0.3克防老剂A(N-苯基-α-萘胺)置于转速为30转/分、真空度为-0.08以下的搅拌器内搅拌30分钟，使各组分混合均匀。将搅拌后的混合物倒入涂覆设备的加料平台，调整厚度为0.5毫米，将其置于温度为190℃的烤箱中硫化10分钟，得到弹性片型的下层材料组合物20。
上层材料制备：将8克粘度为3000厘斯的酸酐封端丁二烯橡胶，37克乙酸乙酯、29克粒径为5微米的镍包石墨粉体(银泰电子)、15克氧化铝、10克氢氧化铝(东莞道尔新材料)、0.5克三异氰酸酯及0.5克防老剂A(N-苯基-α-萘胺)置于转速为30转/分、真空度为-0.08以下的搅拌器内搅拌30分钟，使各组分混合均匀，得到上层材料组合物10。
将搅拌好的上层材料组合物10置于速度为3次/秒的喷涂机中，喷涂于弹性片型的下层材料组合物20上，厚度为0.02毫米，然后置于温度为190℃的烤箱中硫化15分钟，得到具高导热及电磁屏蔽功能的复合材料。
将制得的具高导热及电磁屏蔽功能的复合材料进行导热、电阻率、阻燃性能测试，测试结果参见表1。
实施例5
下层材料制备：将30.45克粘度为1000厘斯的羟基封端聚丁二烯橡胶、20克粒径为50微米的氮化硼(美国圣戈班)、27克粒径为100微米的石墨化碳纤维粉体(日本碳素)，10克石墨烯(自制)，12克粒径为10微米的氢氧化镁(东莞道尔新材料)、0.05克过氧化二苯甲酰及0.5克二苯胺置于转速为40转/分、真空度为-0.08以下的搅拌器内搅拌15分钟，使各组分混合均匀。将搅拌后的混合物倒入涂覆设备的加料平台，调整厚度为6.0毫米，将其置于温度为190℃的烤箱中硫化20分钟，得到弹性片型的下层材料组合物20。
上层材料制备：将23克粘度为1000厘斯的羟基封端聚丁二烯橡胶，28克二甲苯、26克粒径为30微米的镍粉体(银泰电子)、8克石墨烯(自制)、14克氢氧化铝(东莞道尔新材料)、0.7克1,3,5-三巯基-2,4,6-均三嗪类交联剂及0.3克防老剂D(N-苯基-β-萘胺)置于转速为40转/分、真空度为-0.08以下的搅拌器内搅拌15分钟，使各组分混合均匀，得到上层材料组合物10。
将搅拌好的上层材料组合物10置于速度为5次/秒的喷涂机中，喷涂于弹性片型的下层材料组合物20上，厚度为0.7毫米，然后置于温度为190℃的烤箱中硫化10分钟，得到具高导热及电磁屏蔽功能的复合材料。
将制得的具高导热及电磁屏蔽功能的复合材料进行导热、电阻率、阻燃性能测试，测试结果参见表1。
实施例6
下层材料制备：将23克粘度为4000厘斯的羟基封端聚丁二烯橡胶、12克粒径为15微米的氮化硼(美国圣戈班)、22克粒径为80微米的石墨化碳纤维粉体(日本碳素)，15克石墨烯(自制)，27克粒径为8微米的氢氧化铝(东莞道尔新材料)、0.7克过氧化二苯甲酰及0.3克苯酚置于转速为20转/分、真空度为-0.08以下的搅拌器内搅拌40分钟，使各组分混合均匀。将搅拌后的混合物倒入涂覆设备的加料平台，调整厚度为5.0毫米，将其置于温度为190℃的烤箱中硫化5分钟，得到弹性片型的下层材料组合物20。
上层材料制备：将23克粘度为4000厘斯的羟基封端聚丁二烯橡胶，37克二甲苯、11克粒径为12微米的石墨粉体(银泰电子)、14.5克石墨烯(自制)、14克磷氮类阻燃剂(东莞道尔新材料)、0.05克二(亚肉桂基-1,6-己二胺)硫化胺类交联剂及0.45克防老剂D(N-苯基-β-萘胺)置于转速为20转/分、真空度为-0.08以下的搅拌器内搅拌40分钟，使各组分混合均匀，得到上层材料组合物10。
将搅拌好的上层材料组合物10置于速度为2次/秒的喷涂机中，喷涂于弹性片型的下层材料组合物20上，厚度为0.4毫米，然后置于温度为190℃的烤箱中硫化20分钟，得到具高导热及电磁屏蔽功能的复合材料。
将制得的具高导热及电磁屏蔽功能的复合材料进行导热、电阻率、阻燃性能测试，测试结果参见表1。
对比例1
将24克粘度为8000厘斯的聚丙烯酸酯橡胶、10克粒径为20微米的氮化硼(美国圣戈班)、35克粒径为100微米的石墨化碳纤维粉体(日本碳素)、7克石墨烯(自制)、23克磷氮类阻燃剂(东莞道尔新材料)、0.5克过氧化二苯甲酰及0.5克防老剂D(N-苯基-β-萘胺)置于转速为30转/分、真空度为-0.08以下的搅拌器内搅拌30分钟，使各组分混合均匀，将搅拌后的混合物倒入涂覆设备的加料平台，调整厚度为2.2毫米，将其置于温度为150℃的烤箱中硫化10分钟，得到片型组合物。
将片型组合物进行导热、电阻率及阻燃性能测试，测试结果参见表1。
表1复合材料性能测试结果
籍此，本发明的复合材料通过将两层材料组合物通过喷涂硫化复合而成，并通过对导热粉体、电磁屏蔽粉体的粒径和形貌选择，可保证导热电磁屏蔽的同时还可以使组合物具有良好的机械强度，得到的复合材料的导热系数为3.0～8.0瓦/米·度，高于普通材料的0.2瓦/米·度，且其电阻率≤0.01欧姆·厘米，可完全满足在激光电视的应用。此外，本发明的复合材料可有效解决对有机硅敏感的场合对导热、屏蔽和弹性导热界面材料的需求，以满足产品的散热和信号稳定的要求。
尽管通过以上实施例对本发明进行了揭示，但本发明的保护范围并不局限于此，在不偏离本发明构思的条件下，对以上各构件所做的变形、替换等均将落入本发明的权利要求范围内。

Claims (10)

1.一种具高导热及电磁屏蔽功能的复合材料，其特征在于，该复合材料由上层材料组合物(10)及下层材料组合物(20)通过硫化复合而成，所述上层材料组合物(10)的厚度为0.02～0.7毫米，所述下层材料组合物(20)的厚度为0.5～6.0毫米，所述复合材料的导热系数为3.0～8.0瓦/米·度，所述复合材料的电阻率≤0.01欧姆·厘米。
2.如权利要求1所述的具高导热及电磁屏蔽功能的复合材料，其特征在于，所述上层材料组合物(10)的厚度为0.05～0.5毫米，所述下层材料组合物(20)的厚度为1.0～3.0毫米。
3.如权利要求1所述的具高导热及电磁屏蔽功能的复合材料，其特征在于，所述上层材料组合物(10)包含以重量百分比计的如下组分：
所述下层材料组合物(20)包含以重量百分比计的如下组分：
4.如权利要求3所述的具高导热及电磁屏蔽功能的复合材料，其特征在于，所述液体类橡胶为纯液体丙烯酸酯橡胶、液体羟基封端丁二烯橡胶、液体酸酐封端丁二烯橡胶中的一种，其粘度为1000～10000厘斯。
5.如权利要求4所述的具高导热及电磁屏蔽功能的复合材料，其特征在于，所述液体类橡胶的粘度为1000～5000厘斯。
6.如权利要求3所述的具高导热及电磁屏蔽功能的复合材料，其特征在于，所述导热粉体为石墨烯、氮化硼、石墨粉、石墨化碳纤维粉体或氧化铝中的一种或多种的组合，其结构为片状和纤维状，粒径为5～100微米，所述电磁屏蔽粉体为导电类粉体石墨、镍粉、镍包石墨、银包铝、银包铜或银粉中的一种，其粒径为5～30微米。
7.如权利要求6所述的具高导热及电磁屏蔽功能的复合材料，其特征在于，所述电磁屏蔽粉体为银包铝、银包铜或银粉中的一种。
8.如权利要求3所述的具高导热及电磁屏蔽功能的复合材料，其特征在于，所述溶剂为二甲苯或乙酸乙酯，所述阻燃剂为无机矿物氢氧化铝，氢氧化镁或无机阻燃剂磷氮类中的一种，其粒径为5～10微米，所述交联剂为含有三异氰酸酯、过氧化二苯甲酰、二(亚肉桂基-1,6-己二胺)硫化或1,3,5-三巯基-2,4,6-均三嗪基团中的一种，所述老化剂为化学防老剂或其他类防老剂A(N-苯基-α-萘胺)、防老剂D(N-苯基-β-萘胺)，所述化学防老剂为胺类、酮胺类、醛胺类或酚类防老剂中的一种。
9.一种如权利要求1所述的具高导热及电磁屏蔽功能的复合材料的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
a、将所述下层材料组合物(20)的各组分置于转速为20～40转/分钟、真空度为-0.08以下的搅拌器内搅拌15～40分钟，使各组分混合均匀，然后将搅拌后的混合物置于温度为150℃～190℃的涂覆设备中硫化5～20分钟，得到弹性片型的下层材料组合物(20)；
b、将所述上层材料组合物(10)的各组分置于转速为20～40转/分钟、真空度为-0.08以下的搅拌器内搅拌15～40分钟，使各组分混合均匀，得到上层材料组合物(10)；
c、将步骤b中的上层材料组合物(10)置于速度为2～5次/秒的喷涂机中喷涂于步骤a中的弹性片型下层材料组合物(20)上，再置于温度为150℃～190℃的烤箱中硫化10～20分钟，得到所述的具高导热及电磁屏蔽功能的复合材料。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
a、将所述下层材料组合物(20)的各组分置于转速为30转/分钟、真空度为-0.08以下的搅拌器内搅拌30分钟，使各组分混合均匀，然后将搅拌后的混合物置于温度为150℃的涂覆设备中硫化10分钟，得到弹性片型的下层材料组合物(20)；
b、将所述上层材料组合物(10)的各组分置于转速为30转/分钟、真空度为-0.08以下的搅拌器内搅拌30分钟，使各组分混合均匀，得到上层材料组合物(10)；
c、将步骤b中的上层材料组合物(10)置于速度为3次/秒的喷涂机中喷涂于步骤a中的弹性片型下层材料组合物(20)上，再置于温度为150℃的烤箱中硫化15分钟，得到所述的具高导热及电磁屏蔽功能的复合材料。
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