CN110370782A - 一种高散热性泡棉及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高散热性泡棉及其制备方法，其技术要点是：一种高散热性泡棉，包括散热层以及与散热层粘结的泡棉层，散热层的原料包括如下重量百分比的组分：改性吸热乳胶球8~15%；无水乙醇5~10%；有机硅树脂30~40%；环氧树脂补足至100%；改性吸热乳胶球包括空心柔性乳胶球以及位于其内部的液态酒精，涉及泡棉领域，具有帮助产品散热、散热性高的优点。

Description

一种高散热性泡棉及其制备方法
技术领域
本发明涉及泡棉领域，更具体地说，它涉及一种高散热性泡棉及其制备方法。
背景技术
近几年来，随着电子技术的不断发展，电子类产品不断更新换代，其工作组件的尺寸越来越小，尤其是电脑，工作的速度和效率越来越高，其发热量也越来越大，因此不仅要求其配备相应的散热装置，还要确保散热装置具有更强的散热能力，以保证产品性能的可靠性和使用寿命。
现有技术一般是采用石墨散热片，但实践证明，石墨层数越多，石墨散热片越厚，其导热散热性能越差；从而导致石墨散热片的厚度有了很大的限制，而且无法填充机构件之间的空隙，给企业带来很大的不便。因此，人们发明出了一种防尘导热泡棉来代替石墨散热片。
在授权公告号为CN104219936B的中国发明专利中公开了一种防尘导热泡棉的生产工艺，其将二氧化硅，二氧化钛，硅酸锆，氮化硼，高分子烷基醇胺酰胺，聚甲基硅氧烷，聚硅氧烷，环氧树脂，搅拌并充分混合后，再在其中添加有机芳香剂，充分混合后涂布于PTE基材膜上，形成散热层，最后由不干胶或者导热双面胶将泡棉层和散热层粘连成一整体。
现有技术中类似于上述的防尘导热泡棉，其通过散热层进行散热，虽然热量能够以传导、对流以及传递辐射热的三种方式传递至远离电子构件，但是无论是传导、对流还是热辐射后的热量容易堆积在泡棉层或者泡棉层与散热层之间，导致电子构件无法得到很好的散热，影响电子产品性能的可靠性和使用寿命。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的一在于提供一种高散热性泡棉，其具有帮助产品散热、散热性高的优点。
本发明的目的二在于提供一种高散热性泡棉的制备方法，其具有帮助产品散热、散热性高的优点。
为实现上述目的一，本发明提供了如下技术方案：
一种高散热性泡棉，包括散热层以及与散热层粘结的泡棉层，所述散热层的原料包括如下重量百分比的组分：
所述改性吸热乳胶球包括空心柔性乳胶球以及位于其内部的液态酒精。
通过采用上述技术方案，首先，液态酒精在温度较高时会挥发，而酒精的挥发过程是吸热过程，会吸收散热层附近的热量，降低电子构件附近的温度，帮助产品散热，散热性高。而且气态酒精会始终位于空心柔性乳胶球内，待电子设备关闭后，电子构件不再持续发热，此时气态酒精会慢慢的发生液化，使得酒精能够被重复利用。虽然在酒精液化的过程中会放出热量，但是电子设备关闭后，电子构件的温度较低，此时酒精将热量释放后对电子构件的影响也较小。
其次，酒精在挥发后会使得空心柔性乳胶球发生膨胀，膨胀后的空心柔性乳胶球会使得散热层与电子构件之间形成通道，不仅提高散热层的散热面积，而且空气等介质能够在通道内形成对流，使得电子构件的热能以传导、对流以及传递辐射热的三种方式快速传递，帮助产品散热，
再者，空心柔性乳胶球发生膨胀后会使得泡棉层发生挤压变形，提高泡棉层内热空气与泡棉层外冷空气的热交换速率，帮助产品散热，散热性高。
综上，本发明具有帮助产品散热、散热性高的优点。
进一步优选为，所述散热层的原料内还加入有重量百分比为5～12％的纳米金属粉。
通过采用上述技术方案，纳米金属粉为纳米结构，其使得散热层的表面积加倍，散热层与空气或其他液体接触的面积同样加大，让散热层更容易形成对流，帮助产品散热。
进一步优选为，所述改性乳胶球外套设有聚亚安酯薄膜，所述聚亚安酯薄膜具有开口，所述开口通过快干胶粘结封闭。
通过采用上述技术方案，聚亚安酯薄膜的由聚亚安酯制成，富有弹性，能够在改性吸热乳胶球膨胀时一同膨胀；同时，聚亚安酯具有良好的柔韧性，分子之间的连接不容易断裂，聚亚安酯在改性吸热乳胶球表面形成保护层，起到保护作用，使改性吸热乳胶球在膨胀与收缩过程中不容易被纳米金属粉划破，酒精不容易泄露，提高改性吸热乳胶球的稳定性，进而提高散热稳定性。
进一步优选为，所述聚亚安酯薄膜远离空心柔性乳胶球的一侧凸起有若干散热颗粒。
通过采用上述技术方案，相邻颗粒之间具有间隙，不仅能够形成供空气对流的通道，而且能够提高散热面积，再者能够提高聚亚安酯薄膜的局部厚度，降低聚亚安酯薄膜被纳米金属粉划破的概率，酒精不容易泄露，提高散热稳定性。
进一步优选为，所述聚亚安酯薄膜位于其被快干胶粘结封闭的开口处粘接有石墨片。
通过采用上述技术方案，石墨片不仅具有良好的导热功能，而且石墨片能够将聚亚安酯薄膜开口薄弱区域进行加强，降低聚亚安酯薄膜开口薄弱区域被划破的概率，酒精不容易泄露，提高散热稳定性。
进一步优选为，所述泡棉层内嵌设有双金属片。
通过采用上述技术方案，双金属片是由二种或多种热膨胀系数不同的金属或其它材料所组成的一种复合材料。当温度变化时，双金属片会产生不同的形变量，进而使得泡棉变形，泡棉变形时，其内部的热空气会向外逸出，外部冷空气会进入泡棉内，提高泡棉内热量的交换速率，进而提高泡棉的散热效率。
为实现上述目的二，本发明提供了如下技术方案：
一种高散热性泡棉的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，通过气球形的模具将乳胶定型，脱模后得到具有开口的气球形乳胶半成品；
步骤二，将液态酒精通过毛细管从吸热乳胶半成品的开口处注入气球形乳胶半成品内，在吸热乳胶半成品的开口处喷涂快干胶，待快干胶固化后，得到改性吸热乳胶球；
步骤三，将相应重量百分比的改性吸热乳胶球、有机硅树脂、环氧树脂、乙醇一同加入搅拌器中搅拌均匀，得到混合涂料；
步骤四，将混合涂料涂覆至PET基材膜上，形成散热层；
步骤五，通过不干胶或者导热双面胶将泡棉层和散热层粘连成一整体，得到高散热性泡棉。
通过采用上述技术方案，乳胶是制作气球的主要成分，做出来的气球形乳胶半成品具有很好的弹性，方便酒精汽化膨胀；在乳胶的开口处通过喷涂快干胶，等待快干胶固化后即可封闭乳胶开口；在将混合涂料涂覆在PET基材膜上时，改性吸热乳胶球会有部分凸出于散热层，使得散热层表面凹凸不平，形成供空气对流的通道，待酒精挥发后，改性吸热乳胶球会发生膨胀，进一步增大供空气对流的通道，同时酒精吸热降低改性吸热乳胶球附近的热量，帮助产品散热、散热性高。
进一步优选为，在在将所述改性吸热乳胶球、有机硅树脂、环氧树脂、乙醇一同加入搅拌器中时，还添加有重量百分比为0.5～2％交联剂，所述交联剂是过氧化二异丙苯或2,5-二甲基-2,5二叔丁基过氧化己烷中的任意一种。
通过采用上述技术方案，过氧化二异丙苯或2,5-二甲基-2,5二叔丁基过氧化己烷均为良好的高温交联剂，在电子构件发热时具有良好的稳定性，能够提高改性吸热乳胶球、有机硅树脂、环氧树脂之间的连接强度，提高散热层的稳定性。
综上所述，与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)首先，酒精会始终位于空心柔性乳胶球内，液态酒精在温度较高时会挥发吸热，会吸收散热层附近的热量，降低电子构件附近的温度，帮助产品散热，散热性高，温度较低时液化，使其能够重复使用；其次，酒精在挥发后会使得空心柔性乳胶球发生膨胀，膨胀后的空心柔性乳胶球会使得散热层与电子构件之间形成通道，不仅提高散热层的散热面积，而且空气等介质能够在通道内形成对流，使得电子构件的热能以传导、对流以及传递辐射热的三种方式快速传递，帮助产品散热；
(2)设置纳米金属粉，让散热层更容易形成对流，帮助产品散热；设置聚亚安酯薄膜，对改性吸热乳胶球起到保护作用，使改性吸热乳胶球在膨胀与收缩过程中不容易被纳米金属粉划破，酒精不容易泄露，提高散热稳定性；设置石墨片，对聚亚安酯薄膜开口薄弱区域进行加强，降低聚亚安酯薄膜开口薄弱区域被划破的概率，酒精不容易泄露，提高散热稳定性；
(3)通过设置双金属片，当温度变化时，双金属片会产生不同的形变量，进而使得泡棉变形，提高泡棉内热量的交换速率，进而提高泡棉的散热效率。
附图说明
图1为本发明的剖视结构示意图。
附图标记：1、泡棉层；2、散热层；3、改性吸热乳胶球；301、空心柔性乳胶球；302、液态酒精；4、聚亚安酯薄膜；401、散热颗粒；5、石墨片；6、双金属片。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明进行详细描述。
实施例1：参照图1，一种高散热性泡棉，包括散热层2以及与散热层2粘结的泡棉层1，散热层2内各组分及其相应的重量百分比如表1所示。其中，改性吸热乳胶球3包括空心柔性乳胶球301以及位于其内部的液态酒精302。
本实施例的高散热性泡棉通过如下步骤制备获得：
步骤一，通过圆形气球状的模具将乳胶定型，脱模后得到具有开口的气球状乳胶半成品；在此步骤中，具有开口的气球状乳胶半成品与现有技术中的气球仅在尺寸大小以及外形方面不一致，二者在制备方法上一致，此处不再赘述；
步骤二，将4ml的液态酒精302通过毛细管从吸热乳胶半成品的开口处注入气球形乳胶半成品内，通过胶枪在吸热乳胶半成品的开口处喷涂快干胶，待快干胶固化后，吸热乳胶半成品的开口被封闭，得到改性吸热乳胶球3；在此步骤中，开口被封闭的吸热乳胶半成品即为空心柔性乳胶球301；
步骤三，将相应重量百分比的改性吸热乳胶球3、有机硅树脂、环氧树脂、乙醇一同加入转速为120r/min搅拌器中搅拌15min，得到混合涂料；
步骤四，将混合涂料涂覆至PET基材膜上，形成2mm厚的散热层2；将散热层2置于40℃的温度下烘5分钟；
步骤五，通过导热双面胶将泡棉层1和散热层2粘连成一整体，得到高散热性泡棉。
其中，在步骤一中，圆形气球状的模具，其圆形部分的直径为3mm，因此在步骤四中，改性吸热乳胶球3会凸出于散热层2表面呈凹凸不平状。
本实施例中的有机硅树脂为购自上海夏土新型材料有限公司的XT-1053有机硅树脂；环氧树脂具体为双酚A型环氧树脂。
实施例2-4：一种高散热性泡棉，与实施例1的不同之处在于，散热层2内各组分及其相应的重量百分比如表1所示。
表1实施例1-4中散热层内各组分及其重量百分比
实施例5：一种高散热性泡棉，与实施例4的不同之处在于，散热层2的原料内还加入有重量百分比为5％的纳米金属粉，纳米金属粉在步骤三中与有机硅树脂一同加入搅拌器中，本实施例中的纳米金属粉具体为纳米铜粉。
实施例6：一种高散热性泡棉，与实施例5的不同之处在于，纳米金属粉的重量百分比为8％。
实施例7：一种高散热性泡棉，与实施例5的不同之处在于，纳米金属粉的重量百分比为12％。
实施例8：一种高散热性泡棉，与实施例5的不同之处在于，改性乳胶球外通过机械手套设有聚亚安酯薄膜4，本实施例中的聚亚安酯薄膜4呈直径为3mm的空心球状，本实施例中空心球状的聚亚安酯薄膜4根据现有技术中安全套的制备方法制得，因此空心球状的聚亚安酯薄膜4上具有开口，此开口通过快干胶粘结封闭。
实施例9：一种高散热性泡棉，与实施例8的不同之处在于，聚亚安酯薄膜4远离空心柔性乳胶球301的一侧凸起有若干散热颗粒401。
实施例10：一种高散热性泡棉，与实施例9的不同之处在于，聚亚安酯薄膜4位于其被快干胶粘结封闭的开口处粘接有石墨片5，石墨片5通过导热双面胶粘结在聚亚安酯薄膜4远离改性吸热乳胶球3的一侧。
实施例11：一种高散热性泡棉，与实施例4的不同之处在于，泡棉层1内嵌设有两片呈平行设置的双金属片6，本实施例中双金属片6内的主动层的材料为锰镍铜合金，被动层的材料为镍铁合金。
实施例12：一种高散热性泡棉，与实施例10的不同之处在于，泡棉层1内嵌设有两片呈平行设置的双金属片6，本实施例中双金属片6内的主动层的材料为锰镍铜合金，被动层的材料为镍铁合金。
实施例13：一种高散热性泡棉，与实施例4的不同之处在于，在将改性吸热乳胶球3、有机硅树脂、环氧树脂、乙醇一同加入搅拌器中时，还添加有重量百分比为1％交联剂，本实施例中的交联剂为过氧化二异丙苯。
实施例14：一种高散热性泡棉，与实施例13的不同之处在于，本实施例中的交联剂为2,5-二甲基-2,5二叔丁基过氧化己烷。
对比例1：一种高散热性泡棉，与实施例4的不同之处在于，散热层2内未添加有改性吸热乳胶球3。
对比例2：一种防尘导热泡棉，采用专利授权号为CN104219936B的中国发明专利中的实施例1所述方法制得。
对比例3：一种高散热性泡棉，与实施例8的不同之处在于，散热层2的原料内未加入纳米金属粉。
试验一降温量测试
试验样品：采用实施例1-14中获得的高散热性泡棉作为试验样品1-14，采用对比例1-3中获得的高散热性泡棉作为对照样品1-3。
试验方法：将17台同款平板电脑放置于桌面上并使其屏幕朝向桌面，拆开平板电脑的后盖，将试验样品1-14以及对照样品1-3分别放置在不同平板电脑的CPU上并使散热层2与CPU接触，在泡棉层1远离散热层2的一侧竖直设置气缸，通过气缸将试验样品1-14以及对照样品1-3的泡棉层1向散热层2方向挤压，并使泡棉层1远离散热层2的一侧处于同一高度，在所有平板电脑上同时打开同款3D渲染软件并对同一个图像同时进行渲染，通过非接触式温度传感器每隔两分钟测试一次CPU的温度。
试验结果：温度测试结果如表3所示。
表3采用试验样品1-14和对照样品1-3后的温度测试结果
数据分析：
由于对照样品1的散热层2内无改性吸热乳胶球3，仅仅由无水乙醇、有机硅树脂、环氧树脂制成，因此其不具备散热功能，在此可将对照样品1的温度测试结果认为是CPU在未散热情况下的温度。
通过对照样品1的温度测试数据可知，通过采用无散热功能的对照样品1后，CPU的温度在第4min时为44℃，在第10min时的温度为78℃。
从试验样品1～4的温度测试数据可知，通过采用在散热层2的原料内添加改性吸热乳胶球3的试验样品1～4后，CPU的温度在第4min时为33～35℃，在第10min时的温度为63～65℃。相对于对照样品1的温度测试数据来说，CPU温度在第4min时从44℃降低至33～35℃，降低量为9～11℃；同时，在第10min时从78℃降低至63～65℃，降低量为13～15℃，降低量较大，说明在散热层2的原料内添加改性吸热乳胶球3后，本方案的高散热性泡棉能够有效的降低CPU的温度，帮助CPU散热、散热性高。
从对照样品2的温度测试数据可知，通过采用专利授权号为CN104219936B的中国发明专利中实施例1所述方法制得的防尘导热泡棉，CPU的温度在第4min时为39℃，在第10min时的温度为70℃；相对于对照样品1的温度测试数据来说，CPU温度在第4min时从44℃降低至39℃，降低量为5℃，小于采用试验样品1～4的温度降低量9～11℃；同时，在第10min时从78℃降低至70℃，降低量为8℃，小于采用试验样品1～4的温度降低量13～15℃，说明通过在散热层2的原料内添加改性吸热乳胶球3后，本方案中高散热泡棉的散热效果会优于根据专利授权号为CN104219936B的中国发明专利中实施例1所述方法制得的防尘导热泡棉。
根据试验样品5～10的温度测试数据可知，通过采用在散热层2的原料内添加有纳米金属粉的试验样品5～10后，CPU的温度在第4min时为29～31℃，在第10min时的温度为58～62℃。相对于未添加纳米金属粉的试验样品4的温度测试数据来说，CPU温度在第4min时从33℃降低至29～31℃，降低量为2～4℃；同时，在第10min时从63℃降低至58～62℃，降低量为1～5℃，说明在散热层2的原料内添加纳米金属粉，有助于提高高散热性泡棉的散热性，进而帮助CPU散热。
由试验样品5与试验样品9以及试验样品10之间的温度测试数据相互对比可知，通过分别采用仅添加纳米金属粉试验样品5、添加纳米金属粉并同时在聚亚安酯薄膜4上设置散热颗粒401的实验样品9、在添加纳米金属粉的同时在聚亚安酯薄膜4上设置散热颗粒401并且设置石墨片5的试验样品10，CPU在第2min、4min、6min、8min、10min时的温度均依次降低，说明设置石墨片5有助于提高CPU的散热性、在聚亚安酯薄膜4上设置散热颗粒401也有助于CPU散热。
根据试验样品11的温度测试数据可知，通过采用在泡棉层1的内嵌设双金属片6的试验样品11后，CPU的温度在第4min时为31℃，在第10min时的温度为60℃，相对于未添加双金属片6的试验样品4的温度测试数据来说，CPU温度在第4min时从33℃降低至31℃，降低量为2℃；同时，在第10min时从63℃降低至60℃，降低量为3℃，说明泡棉层1的内嵌设双金属片6有助于提高高散热性泡棉的散热性，进而帮助CPU散热。
根据试验样品12与试验样品4的温度测试数据相对比可知，在4min时，CPU的温度从33℃降低至25℃，降低量为8℃；在10min时，CPU的温度从63℃降低至52℃，降低量为11℃。而采用试验样品10以及采用试验样品11后的温度测试数据分别与试验样品4的温度测试数据对比可知：采用试验样品10时，CPU温度在第4min时从33℃降低至29℃，降低量为4℃；采用试验样品11时，CPU温度在第4min时从33℃降低至31℃，降低量为2℃，将后两者的温度降低量相加得到6℃，相对于采用试验样品12的温度降低量8℃来说，6℃＜8℃，说明在第4min时，同时在散热层2内加入金属颗粒、石墨片5以及在泡棉层1内嵌入双金属片6所达到的散热效果会优于单独在散热层2内添加金属颗粒、石墨片5或在泡棉层1内嵌入双金属片6所达到的散热效果。同理，在第2min、6min、8min、10min时均能够得到上述结论，说明在散热层2内加入金属颗粒、石墨片5以及在泡棉层1内嵌入双金属片6能够起到协同增效的散热效果。
根据试验样品13～14的温度测试数据可知，通过在散热层2内添加交联剂，CPU的散热效果没有明显的增加，但是由于交联剂属于高温交联剂，因此其能够提高散热层2内各组分之间的连接强度，提高散热层2的稳定性。
根据对照样品3与试验样品4的温度测试数据可知，仅仅在改性吸热乳胶球3表面添加聚亚安酯薄膜4，CPU的散热效果基本没有变化，但是由于聚亚安酯薄膜4具有良好的弹性与柔韧性，其会在改性吸热乳胶球3表面形成保护层，提高改性吸热乳胶球3的稳定性，进而提高散热稳定性。
综上，本发明具有帮助产品散热、散热性高的优点。
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)

1.一种高散热性泡棉，包括散热层（2）以及与散热层（2）粘结的泡棉层（1），其特征在于，所述散热层（2）的原料包括如下重量百分比的组分：
改性吸热乳胶球 8~15%；
无水乙醇 5~10%；
有机硅树脂 30~40%
环氧树脂补足至100%；
所述改性吸热乳胶球（3）包括空心柔性乳胶球（301）以及位于其内部的液态酒精（302）。
2.根据权利要求1所述的一种高散热性泡棉，其特征在于，所述散热层（2）的原料内还加入有重量百分比为5~12%的纳米金属粉。
3.根据权利要求2所述的一种高散热性泡棉，其特征在于，所述改性乳胶球外套设有聚亚安酯薄膜（4），所述聚亚安酯薄膜（4）具有开口，所述开口通过快干胶粘结封闭。
4.根据权利要求3所述的一种高散热性泡棉，其特征在于，所述聚亚安酯薄膜（4）远离空心柔性乳胶球（301）的一侧凸起有若干散热颗粒（401）。
5.根据权利要求3所述的一种高散热性泡棉，其特征在于，所述聚亚安酯薄膜（4）位于其被快干胶粘结封闭的开口处粘接有石墨片（5）。
6.根据权利要求1所述的一种高散热性泡棉，其特征在于，所述泡棉层（1）内嵌设有双金属片（6）。
7.一种高散热性泡棉的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，通过气球形的模具将乳胶定型，脱模后得到具有开口的气球形乳胶半成品；
步骤二，将液态酒精（302）通过毛细管从吸热乳胶半成品的开口处注入气球形乳胶半成品内，在吸热乳胶半成品的开口处喷涂快干胶，待快干胶固化后，得到改性吸热乳胶球（3）；
步骤三，将相应重量百分比的改性吸热乳胶球（3）、有机硅树脂、环氧树脂、乙醇一同加入搅拌器中搅拌均匀，得到混合涂料；
步骤四，将混合涂料涂覆至PET基材膜上，形成散热层（2）；
步骤五，通过不干胶或者导热双面胶将泡棉层（1）和散热层（2）粘连成一整体，得到高散热性泡棉。
8.根据权利要求7所述的一种高散热性泡棉的制备方法，其特征在于，在将所述改性吸热乳胶球（3）、有机硅树脂、环氧树脂、乙醇一同加入搅拌器中时，还添加有重量百分比为0.5~2%交联剂，所述交联剂是过氧化二异丙苯或2,5-二甲基-2,5二叔丁基过氧化己烷中的任意一种。
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