CN109868039A - 一种辐射散热涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种辐射散热涂料及其制备方法，所述辐射散热涂料由以下质量份的组分组成：溶剂100份，石墨烯微晶2～20份，环氧树脂48～200份，分散剂0.5～5份，消泡剂0.5～5份，固化剂2～20份，助剂2～10份；其中所述助剂为硅藻土、白炭黑中的一种或两者的混合物。本发明提供的的导热涂料具有极其优异的导热性能，并且涂料固化成膜之后涂层的硬度、附着力、耐盐雾性、耐酸碱性和耐水性等理化性能良好，能显著提高电子元件等导热效率，市场前景广阔。

Description

一种辐射散热涂料及其制备方法

技术领域

本发明属于辐射散热涂料领域，具体涉及一种含石墨烯的环氧树脂辐射散热涂料及其制备方法。

背景技术

散热涂料是一种提高物体表面的散热效率、降低体系温度的特种功能性涂料，散热的途径主要有传导散热、对流散热、辐射散热和蒸发散热等。辐射散热涂料用于电子器件、动力装置、热交换器、工业设备等领域，有助于提高被涂敷设备的安全性与使用寿命。辐射散热涂料除要求涂层具有高导热性能外，还需要提高涂层表面黑度和表面积，从而提高其辐射散热效率。

目前常见的辐射散热涂料主要是通过向涂料中添加良导热性能的改性剂，改善涂料的散热效率，或者是通过增大散热涂料的涂覆面积，增大辐射散热的有效面积，来提高其散热效率。现有的辐射散热涂料散热效果不够理想，此外，散热涂料与所使用的材料基体之间结合强度不高导致涂料使用寿命较低的问题也急需解决。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种散热效率高、附着力强、耐酸碱性好的辐射散热涂料及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：

提供一种辐射散热涂料，其由以下质量份的组分组成：溶剂100份，石墨烯微晶2～20份，环氧树脂48～200份，分散剂0.5～5份，消泡剂0.5～5份，固化剂2～20份，助剂2～10份；其中所述助剂为硅藻土、白炭黑中的一种或两者的混合物。

优选的是，所述辐射散热涂料，其由以下质量份的组分组成：溶剂100份，石墨烯微晶5～20份，环氧树脂48～180份，分散剂1～5份，消泡剂0.5～4份，固化剂2～18份，助剂2～8份。

按上述方案，所述石墨烯微晶粒径为10～50nm，层数为1～8层，片层厚度3～5nm。

按上述方案，所述溶剂为丙酮、丁酮、甲基异丁基酮、环己酮、异佛尔酮、二异丁基酮、甲基正戊基酮中的一种或者任意几种的混合物。

按上述方案，所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂E-55、E-51、E-44、E-42、E-35中的一种或者任意几种的混合物。

按上述方案，所述分散剂为BYK-110、BYK-142、BYK-163、BYK-180、Dispex AA 4040中的一种或者任意几种的混合物。

按上述方案，所述消泡剂为BYK-055、BYK-066N、BYK-A 525、BYK-A 530、BYK-1752中的一种或者任意几种的混合物。

按上述方案，所述固化剂为D.E.H.26、D.E.H.52、D.E.H.58、XZ92441.01、XZ92415.00中的一种或者任意几种的混合物。

按上述方案，所述硅藻土粒径为1～10μm，比表面积为40～80m²/g；所述白炭黑粒径为10～100nm，比表面积为140～200m²/g。本发明选用粒径适宜且多孔隙的硅藻土、白炭黑作为助剂一方面可以起到分散石墨烯的作用，使石墨烯均匀分散，另外，助剂结构多孔隙，石墨烯部分进入到空隙中形成网状立体导热结构，能够大大提高导热效率。

本发明还提供上述辐射散热涂料的制备方法，具体步骤如下：

1)将溶剂、石墨烯微晶和环氧树脂加入高速分散机中，控制高速分散机的转速为1000～3000rpm，搅拌时间0.5～3h，得到混合溶液；

2)依次向步骤1)高速分散机中所得混合溶液加入分散剂、消泡剂、固化剂和助剂，控制高速分散机的转速为2000～4000rpm，搅拌时间0.5～3h，得到辐射散热涂料。

本发明还包括上述辐射散热涂料的使用方法，具体为：将所述辐射散热涂料涂覆施工后于60～90℃固化20～60分钟，再于120～160℃固化15～40分钟。

本发明利用环氧树脂分子结构中含有活泼的环氧基团与固化剂中多种官能团在加热条件下进行开环反应或交联反应的特点，在涂料内生成网状结构，以二维碳纳米材料石墨烯微晶作为导热介质提高涂料的导热性能，粒径适宜的助剂(硅藻土、白炭黑)的加入不仅起到分散石墨烯的作用，使其均匀悬浮分散在涂料中，成膜时自分层并分布在涂层表面，产生微粗糙度，提高辐射散热表面积，而且助剂结构多孔隙，通过控制制备工艺条件使石墨烯进入填充到助剂孔隙中并且均匀分散，形成网状立体导热结构，能够大大提高涂膜的导电率及散热效率而不影响涂膜的机械性能。

本申请助剂呈现颗粒状，均匀分布于涂料中，通过控制助剂的粒径和含量，可以控制所制备的散热涂层表面粗糙度，添加助剂后的涂层导热面积大大提高，且助剂具有疏松多孔的结构，石墨烯微粒可部分填充至助剂空隙中，涂膜导热率较未添加助剂前大幅度提高。

本发明的有益效果在于：1、本发明向导热涂料中添加了石墨烯微晶及粒径适宜且多孔隙的助剂，涂料成膜时其均匀分布在涂膜表面，产生微粗糙度而不影响涂膜的机械性能，很好地增大了涂膜的散热面积；另外，石墨烯微晶进入填充到助剂的孔隙中，形成网状立体导热结构，大幅度提高涂膜的纵向导热能力，从而大大提高导热涂料的散热效率，制备的导热涂料具有极其优异的导热性能，并且涂料固化成膜之后涂层的硬度、附着力、耐盐雾性、耐酸碱性和耐水性等理化性能良好，能显著提高电子元件等导热效率，市场前景广阔。2、本发明提供的制备方法生产成本低廉，制备方法和工艺流程较为简单，且施工操作简便。

附图说明

图1为对比例1中散热涂料表面微观结构示意图；

图2为本发明实施例1所制备的辐射散热涂料表面微观结构示意图；

图3为对比例1及实施例1所制备的辐射散热涂料的对比照片。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

本发明实施例所用石墨烯微晶粒径为10～50nm，层数为1～8层，片层厚度3～5nm；所用硅藻土粒径为1～10μm，比表面积为40～80m²/g；所用白炭黑粒径为10～100nm，比表面积为140～200m²/g。

对比例1

一种辐射散热涂料，其组分配比按质量份如下：

丙酮40份，丁酮55份，环己酮95份，石墨烯微晶15份，双酚A型环氧树脂E-51 120份，BYK-180 2份，BYK-066N 1.5份，D.E.H.52 10份，XZ 92441.01 5份。

其制备方法包括以下步骤：

1)将上述称取的溶剂(丙酮、丁酮、环己酮)，石墨烯微晶和环氧树脂加入高速分散机中，控制高速分散机的转速为1800rpm，搅拌时间1h，得到混合溶液；

2)依次向上述高速分散机中的混合溶液中加入其他组分，控制高速分散机的转速为3000rpm，搅拌时间1.5h，得到辐射散热涂料。

导热效果对比测试：

a.取两块相同的铝片(尺寸为：1mm×90mm×120mm)，用砂纸对其进行打磨，再用酒精冲洗干净，放置晾干；

b.取出其中一块铝片，采用浸涂工艺将本对比例制备的辐射散热涂料涂覆其上，静置晾干；

c.将涂片置于100℃烘箱中烘20分钟，再提高温度至150℃烘20分钟，由此完成固化，得到样品；

d.将涂覆有辐射散热涂料的铝片和空白对照的铝片一同用数字导热测试设备进行测试，记录其温度数据，测试结果见表1。

根据GB1031-1983采用触针式电动轮廓仪测量辐射散热涂料所形成涂膜的表面粗糙度；根据GB/T10295-2008通过导热仪测试常温常压下涂膜的导热率；再对涂膜进行硬度、附着力、耐水垢、耐水性和耐盐雾性等性能进行常规测试，测试结果见表1。

对比例2

一种辐射散热涂料，其组分配比按质量份如下：

丙酮45份，丁酮60份，环己酮95份，石墨烯微晶18份，双酚A型环氧树脂E-51 130份，BYK-180 2.5份，BYK-066N 2份，D.E.H.52 8份，XZ 92441.01 10份。

其制备方法包括以下步骤：

1)将上述称取的溶剂(丙酮、丁酮、环己酮)，石墨烯微晶和环氧树脂加入高速分散机中，控制高速分散机的转速为1600rpm，搅拌时间1h，得到混合溶液；

2)依次向上述高速分散机中的混合溶液中加入其他组分，控制高速分散机的转速为3000rpm，搅拌时间1h，得到辐射散热涂料。

采用与对比例1相同的方法测试本对比例所得辐射散热涂料的导热效果及涂膜的导热率和硬度、附着力、耐水垢、耐水性和耐盐雾性等性能，测试结果见表1。

对比例3

一种辐射散热涂料，其组分配比按质量份如下：

丙酮50份，丁酮60份，环己酮100份，石墨烯微晶16份，双酚A型环氧树脂E-51 110份，BYK-180 1.8份，BYK-066N 1.8份，D.E.H.52 8份，XZ 92441.01 12份。

其制备方法包括以下步骤：

1)将上述称取的溶剂(丙酮、丁酮、环己酮)，石墨烯微晶和环氧树脂加入高速分散机中，控制高速分散机的转速为1600rpm，搅拌时间1h，得到混合溶液；

2)依次向上述高速分散机中的混合溶液中加入其他组分，控制高速分散机的转速为3000rpm，搅拌时间1h，得到辐射散热涂料。

采用与对比例1相同的方法测试本对比例所得辐射散热涂料的导热效果及涂膜的导热率和硬度、附着力、耐水垢、耐水性和耐盐雾性等性能，测试结果见表1。

实施例1

一种辐射散热涂料，其组分配比按质量份如下：

丙酮50份，丁酮60份，环己酮95份，石墨烯微晶15份，双酚A型环氧树脂E-51 100份，BYK-180 1.6份，BYK-066N 1.6份，D.E.H.52 9份，XZ 92441.01 15份，白炭黑5份。

其制备方法包括以下步骤：

1)将上述称取的溶剂(丙酮、丁酮、环己酮)，石墨烯微晶和环氧树脂加入高速分散机中，控制高速分散机的转速为1600rpm，搅拌时间1h，得到混合溶液；

2)依次向上述高速分散机中的混合溶液中加入其他组分，控制高速分散机的转速为3000rpm，搅拌时间1h，得到辐射散热涂料。

采用与对比例1相同的方法测试本实施例所得辐射散热涂料的导热效果及涂膜的导热率和硬度、附着力、耐水垢、耐水性和耐盐雾性等性能，测试结果见表1。

实施例2

一种辐射散热涂料，其组分配比按质量份如下：

丙酮45份，丁酮60份，环己酮100份，石墨烯微晶16份，双酚A型环氧树脂E-51 120份，BYK-180 1.5份，BYK-066N 1.5份，D.E.H.52 8份，XZ 92441.01 12份，白炭黑6份。

其制备方法包括以下步骤：

1)将上述称取的溶剂(丙酮、丁酮、环己酮)，石墨烯微晶和环氧树脂加入高速分散机中，控制高速分散机的转速为1600rpm，搅拌时间1h，得到混合溶液；

2)依次向上述高速分散机中的混合溶液中加入其他组分，控制高速分散机的转速为3000rpm，搅拌时间1h，得到辐射散热涂料。

采用与对比例1相同的方法测试本实施例所得辐射散热涂料的导热效果及涂膜的导热率和硬度、附着力、耐水垢、耐水性和耐盐雾性等性能，测试结果见表1。

实施例3

一种辐射散热涂料，其组分配比按质量份如下：

丙酮45份，丁酮60份，环己酮100份，石墨烯微晶18份，双酚A型环氧树脂E-51 115份，BYK-180 1.5份，BYK-066N 1.5份，D.E.H.52 8份，XZ 92441.01 10份，白炭黑6份。

其制备方法包括以下步骤：

1)将上述称取的溶剂(丙酮、丁酮、环己酮)，石墨烯微晶和环氧树脂加入高速分散机中，控制高速分散机的转速为1600rpm，搅拌时间1h，得到混合溶液；

2)依次向上述高速分散机中的混合溶液中加入其他组分，控制高速分散机的转速为3000rpm，搅拌时间1h，得到辐射散热涂料。

采用与对比例1相同的方法测试本实施例所得辐射散热涂料的导热效果及涂膜的导热率和硬度、附着力、耐水垢、耐水性和耐盐雾性等性能，测试结果见表1。

表1实施例1-6所制备的辐射散热涂料的性能测试结果

由表1可知，对比例1～3没有添加助剂的辐射散热涂料，导热率为1380～1421W/(mK)，实施例1～3的导热率为2858～2868W/(mK)，空白金属铝的导热率约为237W/(mK)，本发明提供的辐射散热涂料形成涂膜的导热率等导热性指标表现优异，适宜粒径的助剂使得导热涂料成膜时形成微粗糙度，增大了涂层的导热面积且不影响涂层的其它力学性能等，石墨烯微粒进入填充到助剂的多孔隙中，形成网状立体结构，提高了涂膜的导热率，大幅度提高涂层的纵向导热能力，同时该涂膜具有优异的硬度、附着力、耐水性、耐盐雾性和耐水垢等性能。

图1为对比例1散热涂料表面微观结构示意图，图2为实施例1散热涂料表面微观结构示意图，添加助剂后的涂层导热面积大大提高，且石墨烯微粒可填充至助剂空隙中，涂膜导热率较未添加助剂前大幅度提高。

图3为对比例1(不添加助剂，图3左)及实施例1(添加助剂，图3右)的对比照片，由图可知，添加助剂后的涂层表面形成微粗糙度，涂膜表面粗糙度提高118％，因此产生哑光现象。

最后应当说明，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种辐射散热涂料，其特征在于，其由以下质量份的组分组成：溶剂100份，石墨烯微晶2～20份，环氧树脂48～200份，分散剂0.5～5份，消泡剂0.5～5份，固化剂2～20份，助剂2～10份；其中所述助剂为硅藻土、白炭黑中的一种或两者的混合物。

2.根据权利要求1所述的辐射散热涂料，其特征在于，所述辐射散热涂料，其由以下质量份的组分组成：溶剂100份，石墨烯微晶5～20份，环氧树脂48～180份，分散剂1～5份，消泡剂0.5～4份，固化剂2～18份，助剂2～8份。

3.根据权利要求1所述的辐射散热涂料，其特征在于，所述石墨烯微晶粒径为10～50nm，层数为1～8层，片层厚度3～5nm。

4.根据权利要求1所述的辐射散热涂料，其特征在于，所述溶剂为丙酮、丁酮、甲基异丁基酮、环己酮、异佛尔酮、二异丁基酮、甲基正戊基酮中的一种或者任意几种的混合物。

5.根据权利要求1所述的辐射散热涂料，其特征在于，所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂E-55、E-51、E-44、E-42、E-35中的一种或者任意几种的混合物。

6.根据权利要求1所述的辐射散热涂料，其特征在于，所述分散剂为BYK-110、BYK-142、BYK-163、BYK-180、Dispex AA 4040中的一种或者任意几种的混合物；所述消泡剂为BYK-055、BYK-066N、BYK-A 525、BYK-A 530、BYK-1752中的一种或者任意几种的混合物。

7.根据权利要求1所述的辐射散热涂料，其特征在于，所述固化剂为D.E.H.26、D.E.H.52、D.E.H.58、XZ92441.01、XZ 92415.00中的一种或者任意几种的混合物。

8.根据权利要求1所述的辐射散热涂料，其特征在于，所述硅藻土粒径为1～10μm，比表面积为40～80m²/g；所述白炭黑粒径为10～100nm，比表面积为140～200m²/g。

9.一种权利要求1-8任一所述的辐射散热涂料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：

1)将溶剂、石墨烯微晶和环氧树脂加入高速分散机中，控制高速分散机的转速为1000～3000rpm，搅拌时间0.5～3h，得到混合溶液；

2)依次向步骤1)高速分散机中所得混合溶液加入分散剂、消泡剂、固化剂和助剂，控制高速分散机的转速为2000～4000rpm，搅拌时间0.5～3h，得到辐射散热涂料。

10.一种权利要求1-8任一所述的辐射散热涂料的使用方法，其特征在于，具体为：将所述辐射散热涂料涂覆施工后于60～90℃固化20～60分钟，再于120～160℃固化15～40分钟。