CN109205610B - 一种石墨高导热膜及其制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种石墨高导热膜及其制备工艺，具体包括以下步骤，其中制备得到的石墨高导热膜，最大宽幅达到300mm，最长可以达到150mm。本发明通过在复卷过程中控制复卷设备的放卷张力、收卷张力、复卷速度，从而达到控制每小卷聚酰亚胺薄膜的松弛度，可以制备出连续的卷状石墨高导热膜，最大宽幅可达到300mm，最长可以达到150m，从而解决了生产效率低、人工成本高、后段模切加工不便等问题，极大的提高了产品的生产效率和应用范围。
Description
技术领域
本发明涉及高分子薄膜制备技术领域，尤其涉及一种石墨高导热膜及其制备工艺。
背景技术
石墨高导热膜，是一种全新的导热散热材料，具有独特的晶粒取向，沿两个方向均匀导热，片层状结构可很好地适应任何表面，屏蔽热源与组件的同时改进消费类电子产品的性能，产品均匀散热的同时也在厚度方面提供热隔离。优越的热传导性能与超薄的厚度让石墨导热膜受到了超来越多的关注，在智能手机、超薄PC和LED电视等方面有着广泛的应用。
相比较于传统散热器的材质铝或者铜，石墨高导热膜具有以下优势：
1.高导热，平面内热传导率最大可以达到1900W/Mk，热阻比铝低40％，比铜低20％；
2.超轻，比同样尺寸的铝要轻30％，比铜要轻80％；
3.超薄，厚度可以从17um～100um；
4.耐温，最高可达400℃，最低可到-40℃；
5.易加工，可模切成不同大小、不同形状；
6.易用性，可平滑贴附在任何平面和弯曲表面。
但是现有的人工合成的石墨高导热膜制备工艺主要为片材工艺，其制备过程是将裁切成片状的高分子薄膜(聚酰亚胺薄膜，简称聚酰亚胺薄膜)几张层叠在一起并施加一定的压力，然后进行碳化、石墨化，从而获得片状的石墨薄膜，然后再一片一片经过金属辊轮冷压，控制石墨薄膜的厚度并提高石墨薄膜密度。这种制备工艺存在生产效率低、成本高的确定，而且由于压延后石墨薄膜片与片之间存在间隔，后段模切加工不便、产品适用性差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种石墨高导热膜及其制备工艺，以克服现有技术中存在的不足。
为实现上述发明目的，本发明提供一种石墨高导热膜的制备工艺，具体包括以下步骤，
a、将卷状的整支原材料聚酰亚胺薄膜，通过分条机分成若干个小宽幅的卷状待加工品；
b、将待加工的小宽幅卷状聚酰亚胺薄膜卷到复卷设备的一个石墨管芯上，形成待加工品，复卷过程中要控制好放卷、收卷的张力，张力的大小控制在放卷零张力，收卷张力小于0.98N。收、放卷速度控制在8m/min以内，且放卷速度比收卷速度大1m/min，从而使得层与层之间保持一定的松弛度；
c、将步骤b中卷好的待加工品放到可自动控制温度的碳化烧结炉中进行碳化，碳化过程中，保持烧结炉为真空状态，烧结炉温度升至1300℃，然后保温半小时，然后烧结炉降温直至常温，完成碳化。
d、将步骤c完成碳化的待加工品转移到高温石墨化炉中进行石墨化，石墨化炉中充入惰性气体，气体密度保持在1.78kg/m3，纯度要求为99.99％，石墨化炉温度升至2800℃，并保温半小时，然后烧结炉进行降温直至常温，完成石墨化。
e、将步骤d石墨化好的待加工品取出，通过复卷设备复卷到常规的PE管芯上形成半成品，该复卷过程中保持张力大小在放卷零张力，收卷张力在9.8N以内。
f、将步骤e复卷好的半成品穿在石墨压延机的一个放卷轴上并调整好放卷张力在0.98～4.9N，同时，在压延机的另一个放卷轴上装上等幅宽的PET离型膜并调整好放卷张力在3.9～7.8N，最后，半成品和PET离型膜一起穿过压延机压辊进行压延，形成方便模切的卷装石墨高导热膜。
作为本发明的进一步改进，步骤a中待加工品的宽幅维持在360mm以内。
作为本发明的进一步改进，步骤b中待加工品的长度为90-150m/卷。
作为本发明的进一步改进，在步骤c之前还包括以下步骤：
c1、将卷好的待加工品垂直放到石墨圆筒中固定，所述石墨圆筒可设计成九宫格或蜂窝状结构，并且可多层叠加，然后再进行步骤c-f，从而实现产能最大化。
作为本发明的进一步改进，所述步骤d中的惰性气体为氩气、氦气中的一种或几种。
本发明还提供一种石墨高导热膜，所述石墨高导热膜的最大宽幅达到300mm，最长可以达到150mm。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明通过在复卷过程中控制复卷设备的放卷张力、收卷张力、复卷速度，从而达到控制每小卷聚酰亚胺薄膜的松弛度，可以制备出连续的卷状石墨高导热膜，最大宽幅可达到300mm，最长可以达到150m，从而解决了生产效率低、人工成本高、后段模切加工不便等问题，极大的提高了产品的生产效率和应用范围。
具体实施方式
下面结合实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。
本实施方式提供了一种石墨高导热膜的制备工艺，具体包括以下步骤，
a、将卷状的整支原材料聚酰亚胺薄膜，通过分条机分成若干个小宽幅的卷状待加工品；
b、将待加工的小宽幅卷状聚酰亚胺薄膜卷到复卷设备的一个石墨管芯上，形成待加工品，复卷过程中要控制好放卷、收卷的张力，张力的大小控制在放卷零张力，收卷张力小于0.98N。收、放卷速度控制在8m/min以内，且放卷速度大于收卷速度1m/min，从而使得层与层之间保持一定的松弛度；
c、将步骤b中卷好的待加工品放到可自动控制温度的碳化烧结炉中进行碳化，碳化过程中，保持烧结炉为真空状态，烧结炉温度升至1300℃，然后保温半小时，然后烧结炉降温直至常温，完成碳化。
d、将步骤c完成碳化的待加工品转移到高温石墨化炉中进行石墨化，石墨化炉中充入惰性气体，气体密度保持在1.78kg/m3，纯度要求为99.99％，石墨化炉温度升至2800℃，并保温半小时，然后烧结炉进行降温直至常温，完成石墨化。
e、将步骤d石墨化好的待加工品取出，通过复卷设备复卷到常规的PE管芯上形成半成品，该复卷过程中保持张力大小在放卷零张力，收卷张力在9.8N以内。
f、将步骤e复卷好的半成品穿在石墨压延机的一个放卷轴上并调整好放卷张力在0.98～4.9N，同时，在压延机的另一个放卷轴上装上等幅宽的PET离型膜并调整好放卷张力在3.9～7.8N，最后，半成品和PET离型膜一起穿过压延机压辊进行压延，形成方便模切的卷装石墨高导热膜。
其中，步骤a中待加工品的宽幅维持在360mm以内。
其中，步骤b中待加工品的长度为90-150m/卷。
其中，在步骤c之前还包括以下步骤：
c1、将卷好的待加工品垂直放到石墨圆筒中固定，所述石墨圆筒可设计成九宫格或蜂窝状结构，并且可多层叠加，然后再进行步骤c-f，从而实现产能最大化。
其中所述步骤d中的惰性气体为氩气、氦气中的一种或几种。
通过上述制备工艺得到的石墨高导热膜的最大宽幅达到300mm，最长可以达到150mm。
在传统的片材工艺中，首先是将聚酰亚胺薄膜分条成需要的宽幅，然后通过切片机裁切成长宽固定的小片，而本发明则是在分条后，采用复卷设备，将聚酰亚胺薄膜复卷成固定长度的小卷。
接着，传统的片材工艺中是在固定的方形容器内依次将切好的小片PI膜多张层叠，再加上天然石墨隔纸，如此反复，直到装满容器，最后加上压板，而本发明中则是在复卷过程中通过控制复卷设备的放卷张力、收卷张力、复卷速度，从而达到控制每小卷PI膜的松弛度。
接着，由于对薄膜的收容形态进行了改变，随之而来的本发明对于碳化以及石墨化的温度控制以及时间控制也进行了改变和调整，由于每一卷薄膜层与层之间的松弛度，必须将温度控制在薄膜实际可以接受的问题。
最后，传统片材工艺中在模切时需要通过传感器进行异步作业，会降低生产效率，而本发明中制备的石墨导热膜则不需要，大大提高了生产效率，且在应用上可以实现多层石墨导热膜的贴合。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (5)
1.一种石墨高导热膜的制备工艺，其特征在于：具体包括以下步骤，
a、将卷状的整支原材料聚酰亚胺薄膜，通过分条机分成若干个小宽幅的卷状待加工品；
b、将待加工的小宽幅卷状聚酰亚胺薄膜卷到复卷设备的一个石墨管芯上，形成待加工品，复卷过程中要控制好放卷、收卷的张力，其中放卷保持零张力，收卷的张力小于0.98N收卷、放卷的速度控制在8m/min以内，且放卷速度比收卷速度大1m/min，从而使得层与层之间保持一定的松弛度；
c、将步骤b中卷好的待加工品放到可自动控制温度的碳化烧结炉中进行碳化，碳化过程中，保持烧结炉为真空状态，烧结炉温度升至1300℃，然后保温半小时，然后烧结炉降温直至常温，完成碳化；
d、将步骤c完成碳化的待加工品转移到高温石墨化炉中进行石墨化，石墨化炉中充入惰性气体，气体密度保持在1.78kg/m3，纯度要求为99.99％，石墨化炉温度升至2800℃，并保温半小时，然后烧结炉进行降温直至常温，完成石墨化；
e、将步骤d石墨化好的待加工品取出，通过复卷设备复卷到常规的PE管芯上形成半成品，该复卷过程中保持张力大小在放卷保持零张力，收卷张力在9.8N内；
f、将步骤e复卷好的半成品穿在石墨压延机的一个放卷轴上并调整好放卷张力在0.98～4.9N，同时，在压延机的另一个放卷轴上装上等幅宽的PET离型膜并调整好放卷张力在3.9～7.8N，最后，半成品和PET离型膜一起穿过压延机压辊进行压延，压延机速率控制在8～20m/s，形成方便模切的卷装石墨高导热膜。
2.根据权利要求书1所述的石墨高导热膜的制备工艺，其特征在于：步骤a中待加工品的宽幅维持在360mm以内。
3.根据权利要求书1所述的石墨高导热膜的制备工艺，其特征在于：步骤b中待加工品的长度为90-150m/卷。
4.根据权利要求书1所述的石墨高导热膜的制备工艺，其特征在于：在步骤c之前还包括以下步骤：
c1、将卷好的待加工品垂直放到石墨圆筒中固定，所述石墨圆筒设计成九宫格或蜂窝状结构，并且多层叠加，然后再进行步骤c-f，从而实现产能最大化。
5.根据权利要求书1所述的石墨高导热膜的制备工艺，其特征在于：所述步骤d中的惰性气体为氩气、氦气中的一种或几种。
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