CN110198624A - 一种隔热导热吸波材及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种隔热导热吸波材及其制备方法，属于吸波材料领域，包括隔热层，隔热层包括隔热材料、吸波剂和粘结剂，隔热层一侧复合有导热材料，隔热材料为气凝胶，导热材料为石墨膜、铜箔、铝箔中的至少一种，吸波材料材料为金属粉末或碳材料，粘结剂为高分子材料；制备方法包括如下步骤：步骤S1、将气凝胶、吸波剂与高分子粘结剂及溶剂加入搅拌机内，搅拌均匀，值得隔热吸波材料浆料；步骤S2、将隔热吸波材料浆料与导热材料通过涂布的方式结合或者将隔热吸波材料单独涂布成膜后与导热材料热压结合。本发明制得的隔热导热吸波材兼具了隔热、导热和吸波功能，对电子电气器件保证良好散热的同时，确保了散热过程对其他相邻器件不会造成影响。

Description

一种隔热导热吸波材及其制备方法

技术领域

本发明涉及吸波材料的技术领域，尤其是涉及一种隔热导热吸波材及其制备方法。

背景技术

随着时代的发展，科技的进步，电子、信息设备的普及，电磁辐射引起的电磁干扰和电磁兼容问题越来越严重，主要体现在干扰电子仪器设备的正常运行、泄露重要的信息和危害人类的身体健康等方面，因此研究电磁波吸收材料是非常重要的研究课题。

吸波材料的工作机制是材料对电磁波实现有效吸收，以吸波剂为主体，将电磁波以绝缘损耗、磁损耗和阻抗损耗等方式转换成热能来达到降低电磁辐射的作用。其中铁系吸波材料中的金属铁微粉吸波剂是研究较多也较成熟的一类吸波材料。金属铁微粉吸波剂主要是通过磁滞损耗和涡流损耗等方式来吸收衰减电磁波，包括金属铁粉、铁合金粉和羰基铁粉等材料，具有较高的微波磁导率和温度稳定性好等优点。

另外，随着电子设备中器件的集成化，高频化以及微型化的趋势，电子器件的发热现象越来越严重，长期如此，会造成设备功能性故障并减短电子电器设备的使用寿命，因此导热材料成为必备的材料，常规使用的材料包括金属箔（铜箔、铝箔等）、导热硅胶、石墨导热膜等，其中，石墨导热膜通过热解聚酰亚胺高分子膜，可以得到导热率达到1800W/m·K的高导热膜，这种石墨膜可以快速的将器件上点热源上的热量扩散到整个石墨膜面上，通过增加散热面积达到降温的目的。

将吸波材料和导热膜制作成复合材料使用，可以使复合材料同时具有导热和屏蔽的功能，大大简化了材料的使用复杂性。但是，虽然导热膜可以将热量从发热器件带走，但散热膜本身仍会具有较高温度，因此会造成两个不良现象，一是会影响到周边的器件的正常运行，二是会造成电子设备发热（如手机背盖发热烫手），体验不良。

发明内容

本发明的目的一是提供一种隔热导热吸波材，既能实现隔热和屏蔽的效果，同时也能减小散热过程中对其他相邻器件产生影响。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种隔热导热吸波材，包括隔热层，隔热层包括隔热材料、吸波剂和粘结剂，所述隔热材料的质量份数为1-40份，所述吸波剂的质量份数为50-80份，所述粘结剂的质量份数为20-40份，所述隔热层一侧复合有导热材料。

本发明进一步设置为：所述导热材料为石墨膜、铜箔、铝箔中的至少一种。

本发明进一步设置为：所述吸波剂为金属粉末，包括但不仅限于镍锌铁合金，镍铜铁合金，锌铬铁合金，锰锌铁合金，铌锌铁合金，铁硅铝合金，镍铬铁合金、铌锌铁合金、铁镍合金、铁铝合金，铁钴合金，铁铬合金，铁硅镍合金、铁硅铝镍合金、镁锰铁合金、钴镍合金、锂锰合金、锂镉铁合金或羰基铁。

本发明进一步设置为：所述吸波剂为碳材料，包括但不仅限于石墨、石墨烯、碳纤维、碳纳米管或碳粉。

通过采用上述技术方案，利用二氧化硅气凝胶密度小、孔隙率高和比表面积大的特性可用作隔热材料的制备，因为二氧化硅气凝胶的多孔结构，使得二氧化硅气凝胶具有无限多的孔壁，这些孔壁可以有效的阻隔辐射导热，且孔隙的直径极小，可以抑制孔隙内部所含气体的对流导热。金属导热材料中银的导热效果最佳，铜、金、铝次之，但金、银价格昂贵且质地过于柔软，因此选用铜和铝制作金属导热材料；石墨是近些年来发现的一种全新的、导热效果好、性价比较高的导热材料。吸波材料中的吸波剂由于本身在电磁场中的特殊性能，可以有效的吸收高频的电磁波，特别是通过调节吸波剂的粒径、含量来调节电磁参数，使其达到较为理想的吸波效果。

本发明进一步设置为：所述粘结剂为高分子材料，包括但不仅限于酚醛树脂、脲醛树脂、环氧树脂、丙烯酸树脂、聚乙烯醇缩丁醛树脂、醋酸乙烯及其共聚物、有机硅胶类树脂、聚氨酯树脂、橡胶类树脂或它们的聚合物。

通过采用上述技术方案，在粘结剂和吸波剂粉体混合过程中，加入溶剂、消泡剂、防沉剂、固化剂、防腐剂、促进剂等助剂，加入溶剂是为了稀释粘结剂主体，降低粘度，便于使用。消泡剂可以消除混合后浆料中的气泡，从而让粘结剂可以达到快速固化的效果，加入促粘剂可以增强粘结剂的粘性和附着力。

本发明的另一目的是提供一种隔热导热吸波材的制备方法，既能实现隔热和屏蔽的效果，同时也能减小散热过程中对其他相邻器件产生影响。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案得以实现的：一种隔热导热吸波材的制备方法，包括以下步骤：

步骤S1、将隔热材料、吸波剂与粘结剂加入搅拌机内，搅拌均匀,制得隔热吸波材料浆料；

步骤S2、将隔热吸波材料浆料与导热材料通过涂布结合或者将隔热吸波材料浆料单独涂布成膜后再与导热材料热压结合。

本发明的进一步设置为：所述涂布的温度为60-150℃，涂布的速度为0.1-8m/min,所述热压的温度为100-200℃，压力为3-20MPa。

通过采用上述技术方案，可以制得一种隔热导热吸波材，将导热材料与隔热吸波材结合，当采用涂布方式时，控制涂布的温度为60-150℃，涂布速度为1-8m/min，直接将隔热吸波浆料涂布于导热材料的一面，干燥后即可；当采用热压方式时，先在隔热吸波浆料的表面薄涂一层粘结剂，再加热将温度控制在150-200℃范围内，使粘结剂融化，使隔热吸波浆料成膜，最后再通过加压并控制压力在5-20Mpa范围将导热材料制成的膜粘合在隔热吸波膜表面。

综上所述，本发明利用石墨、铜和铝的优良导热性能、二氧化硅气凝胶隔热的性能、金属粉末吸收电磁波的性能，制备兼具导热性能的隔热吸波材，可以将电子电器产生的热量快速传递出去，让电子电器在运行时保持内部温度正常，为电子电器的正常运行提供重要保障，从而延长电子电器的使用寿命。

具体实施方式

以下对本发明作进一步详细说明。

实施例1

一种隔热导热吸波材，包括隔热层，隔热层包括隔热材料、吸波剂和粘结剂，隔热层一侧复合有导热材料，隔热层具体包括质量份数为28份的隔热材料气凝胶，气凝胶选用二氧化硅气凝胶，质量份数为52份的吸波剂，吸波剂选用镍铁锌合金粉末，质量份数为20份的粘结剂，导热材料选用石墨膜。其中，粘结剂中粘结剂主体的质量份数为46份，固化剂的质量份数为4，助剂的质量份数为50，粘结剂主体为环氧树脂，固化剂为三乙醇胺，助剂为含有溶剂乙酸乙酯、防腐剂卡松、促粘剂羧甲基纤维素和消泡剂聚醚硅油的混合物。

一种隔热导热吸波材的制备方法，包括以下步骤：

步骤S1：将二氧化硅气凝胶、镍铁锌合金粉末与上述粘结剂按上述质量份数加入搅拌机内，搅拌均匀，得到隔热吸波材浆料；

步骤S2：采用辊式涂布机将步骤S1制得的隔热吸波浆料涂布在石墨膜的一面，涂布的温度控制在120℃，涂布的速度控制在4m/min，待隔热吸波浆料干燥即可制得隔热导热吸波材。

采用热流量计测定隔热吸波材在常温下的热导率，其值为0.021 W/m·K，其中，热流量计是根据ASTM C518和ISO 8301标准制造的；采用Agilent4396B型网络分析仪测定隔热吸波材在2-18GHz内最高吸收峰值可达-21.67dB。

实施例2

一种隔热导热吸波材，包括隔热层，隔热层包括隔热材料、吸波剂和粘结剂，隔热层一侧复合有导热材料，隔热层具体包括质量份数为15份的二氧化硅气凝胶，质量份数为60份的镍铁锌合金粉末吸波剂，质量份数为25份的粘结剂，导热材料为铜箔。其中，粘结剂中粘结剂主体的质量数份为42份，固化剂的质量份数为2，助剂的质量份数为56，粘结剂主体为环氧树脂，固化剂为三乙醇胺，助剂为含有溶剂乙酸乙酯、防腐剂卡松、促粘剂羧甲基纤维素和消泡剂聚醚硅油的混合物。

一种隔热导热吸波材的制备方法，包括以下步骤：

步骤S1：将二氧化硅气凝胶、镍铁锌合金粉末与上述粘结剂按上述质量份数加入搅拌机内，搅拌均匀，得到隔热吸波材浆料；

步骤S2：采用辊式涂布机将步骤S1制得的隔热吸波浆料涂布在铜箔的一面，涂布的温度控制在100℃，涂布的速度控制在5m/min，待隔热吸波浆料干燥即可制得隔热导热吸波材。

采用热流量计测定隔热吸波材在常温下的热导率，其值为0.028 W/m·K，其中，热流量计是根据ASTM C518和ISO 8301标准制造的；采用Agilent4396B型网络分析仪测定隔热吸波材在2-18GHz内最高吸收峰值可达-20.14dB。

实施例3

一种隔热导热吸波材，包括隔热层，隔热层包括隔热材料、吸波剂和粘结剂，隔热层一侧复合有导热材料，隔热层具体包括质量份数为22份的二氧化硅气凝胶，质量份数为50份的镍锌铁合金粉末和镍铜铁合金粉末混合吸波剂，按质量比镍锌铁合金粉末：镍铜铁合金粉末=1：1混合，质量份数为28份的粘结剂，导热材料为铝箔。其中，粘结剂中粘结剂主体的质量份数为45份，固化剂的质量份数为3，助剂的质量份数为52，粘结剂主体为酚醛树脂，固化剂为NL固化剂，助剂为含有溶剂环己酮、防腐剂卡松、促粘剂羧甲基纤维素和消泡剂聚醚硅油的混合物。

一种隔热导热吸波材的制备方法，包括以下步骤：

步骤S1：将二氧化硅气凝胶、镍锌铁合金粉末和镍铜铁合金粉末与上述粘结剂按上述质量份数加入搅拌机内，搅拌均匀，得到隔热吸波材浆料；

步骤S2：采用热压的方式将步骤S1制得的隔热吸波浆料结合在铝箔的一面，热压的温度控制在150℃，压力为10Mpa，干燥，即可得到隔热导热吸波材。

采用热流量计测定隔热吸波材在常温下的热导率，其值为0.025W/m·K，其中，热流量计是根据ASTM C518和ISO 8301标准制造的；采用Agilent4396B型网络分析仪测定隔热吸波材在2-18GHz内最高吸收峰值可达-24.23dB。

实施例4

一种隔热导热吸波材，包括隔热层，隔热层包括隔热材料、吸波剂和粘结剂，隔热层一侧复合有导热材料，隔热层具体包括质量份数为10份的二氧化硅气凝胶，质量份数为70份的镍锌铁合金粉末和镍铜铁合金粉末混合吸波剂，按质量比镍锌铁合金粉末:镍铜铁合金粉末=1：1混合，质量份数为20份的胶粘剂，导热材料为石墨膜。其中，粘结剂中粘结剂主体的质量份数为42份，固化剂的质量份数为2，助剂的质量份数为56，粘结剂主体为酚醛树脂和环氧树脂的混合物，按质量比酚醛树脂:环氧树脂=1:2混合，固化剂为三乙醇胺，助剂为含有溶剂乙酸乙酯、防腐剂卡松、促粘剂羧甲基纤维素和消泡剂聚醚硅油的混合物。

一种隔热导热吸波材的制备方法，包括以下步骤：

步骤S1：将二氧化硅气凝胶、镍锌铁合金粉末和镍铜铁合金粉末与上述粘结剂按上述质量份数加入搅拌机内，搅拌均匀，得到隔热吸波材浆料；

步骤S2：采用热压的方式将步骤S1制得的隔热吸波浆料结合在铝箔的一面，热压的温度控制在170℃，压力为5Mpa，干燥，即可得到隔热导热吸波材。

采用热流量计测定隔热吸波材在常温下的热导率，其值为0.036 W/m·K，其中，热流量计是根据ASTM C518和ISO 8301标准制造的；采用Agilent4396B型网络分析仪测定隔热吸波材在2-18GHz内最高吸收峰值可达-20.63dB。

实施例5

一种隔热导热吸波材，包括隔热层，隔热层包括隔热材料、吸波剂和粘结剂，隔热层一侧复合有导热材料，隔热层具体包括质量份数为10份的二氧化硅气凝胶，质量份数为55份的镍铁锌合金粉末吸波剂，质量份数为35份的粘结剂，导热材料为双层的，一层为石墨膜，一层为铝箔。其中，粘结剂中粘结剂主体的质量份数为45份，固化剂的质量份数为3，助剂的质量份数为52，粘结剂主体为环氧树脂，固化剂为三乙醇胺，助剂为含有溶剂乙酸乙酯、防腐剂卡松、促粘剂羧甲基纤维素和消泡剂聚醚硅油的混合物。

一种隔热导热吸波材的制备方法，包括以下步骤：

步骤S1：将二氧化硅气凝胶、镍铁锌合金粉末与上述粘结剂按上述质量份数加入搅拌机内，搅拌均匀，得到隔热吸波材浆料；

步骤S2：采用热压的方式将步骤S1制得的隔热吸波浆料结合在铝箔的一面，热压的温度控制在200℃，压力为20Mpa，干燥，即可得到隔热导热吸波材。

采用热流量计测定隔热吸波材在常温下的热导率，其值为0.036 W/m·K，其中，热流量计是根据ASTM C518和ISO 8301标准制造的；采用Agilent4396B型网络分析仪测定隔热吸波材在2-18GHz内最高吸收峰值可达-25.15dB。

本发明隔热导热吸波的原理：将本发明导热材料层靠近或贴附于电子电器设备等热源，由于导热材料的导热系数均较大，所以电子电器产生的热量可以通过导热材料快速扩散；隔热吸波层中的二氧化硅气凝胶的孔隙率高，可以很好的反射或吸收经导热材料层传递出来的热辐射，并且二氧化硅气凝胶具有极低的导热系数；电子电气设备产生的电磁波辐射可以经隔热吸波材中的铁磁合金粉末吸收掉，综上可以实现隔热导热吸波的目的。

粘结剂为包含粘结剂主体和固化剂的双组分胶水，反应型双组分粘结剂中粘结剂主体与固化剂是通过化学键结合，通常化学键的结合方式会比较牢固，因此本发明在混合二氧化硅气凝胶和磁性合金粉末时加入双组分粘结剂可以增加二氧化硅气凝胶和磁性合金粉末之间的粘结强度，不会出现隔热吸波材上的磁性合金粉末或二氧化硅气凝胶脱落的现象，并且大部分双组分粘结剂在常温条件下即可固化，固化耗时长短可以调节，使用方便。双组分粘结剂中加入溶剂是为了稀释粘结剂主体，降低粘度，便于使用。同时，双组分粘结剂中加入消泡剂可以消除粘结剂主体和胶水中的泡沫，从而让粘结剂主体与固化剂、胶水与二氧化硅气凝胶和磁性合金粉末充分接触；加入防腐剂可以防腐防霉；加入促进剂可以达到快速固化的效果；加入促粘剂可以增强胶黏剂主体的粘性和附着力。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种隔热导热吸波材，包括隔热层，隔热层包括隔热材料、吸波剂和粘结剂，其特征在于：所述隔热材料的质量份数为1-40份，所述吸波剂的质量份数为50-80份，所述粘结剂的质量份数为20-40份，所述隔热层一侧复合有导热材料。

2.根据权利要求1所述的一种隔热导热吸波材，其特征在于：所述隔热材料为二氧化硅气凝胶。

3.根据权利要求1所述的一种隔热导热吸波材，其特征在于：所述导热材料为石墨膜、铜箔、铝箔中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的一种隔热导热吸波材，其特征在于：所述吸波剂为金属粉末，包括但不仅限于镍锌铁合金，镍铜铁合金，锌铬铁合金，锰锌铁合金，铌锌铁合金，铁硅铝合金，镍铬铁合金、铌锌铁合金、铁镍合金、铁铝合金，铁钴合金，铁铬合金，铁硅镍合金、铁硅铝镍合金、镁锰铁合金、钴镍合金、锂锰合金、锂镉铁合金或羰基铁。

5.根据权利要求1所述的一种隔热导热吸波材，其特征在于：所述吸波剂为碳材料，包括但不仅限于石墨、石墨烯、碳纤维、碳纳米管或碳粉。

6.根据权利要求1所述的一种隔热导热吸波材，其特征在于：所述粘结剂为高分子材料，包括但不仅限于酚醛树脂、脲醛树脂、环氧树脂、丙烯酸树脂、聚乙烯醇缩丁醛树脂、醋酸乙烯及其共聚物、有机硅胶类树脂、聚氨酯树脂、橡胶类树脂或它们的聚合物。

7.一种权利要求1-6任一项所述的隔热导热吸波材的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤S1、将隔热材料、吸波剂与粘结剂加入搅拌机内，搅拌均匀,制得隔热吸波材料浆料；

步骤S2、将隔热吸波材料浆料与导热材料通过涂布结合或者将隔热吸波材料浆料单独涂布成膜后再与导热材料热压结合。

8.根据权利要求7所述的隔热导热吸波材的制备方法，其特征在于：所述涂布的温度为60-150℃，涂布的速度为0.1-8m/min,所述热压的温度为100-200℃，压力为3-20MPa。