CN110527449A - 一种匀隔热复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种匀隔热复合材料，包括金属基材、以及设置在金属基材一外表面上的隔热材料；其中，所述隔热材料的包括以下重量份数的制备原料：水性改性环氧树脂70‑80份、二氧化钛粉体10‑20份、碳化硅粉体2‑10份、热可塑性微胶囊粉体2‑10份和固化剂助剂0.5‑0.8份。该匀隔热复合材料集成了物理隔热性能、红外反射隔热性能和红外辐射功能。

Description

一种匀隔热复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于隔热材料技术领域，具体涉及一种匀隔热复合材料及其制备方法。
背景技术
随着智能化电子产品使用的日益扩大，智能手机、智能手表、平板电脑等智能电子产品的普及，各类电子产品也不断整合了越来越多的功能。与此同时，电子产品的热量管理也成为产品设计的重要课题。
由于电子产品的功能日益强大，其电子线路板上的元器件日益密集。这导致电子线路板的发热集中、温度高。并且，各类电子产品都往着纤薄化的大方向发展，致使电子产品内部的散热空间狭小或者没有，电子产品的热量集中、温度高，直接影响着芯片等元器件的使用寿命。另一方面，还会导致电子产品的表面发热严重、温度过高给客户带来糟糕的使用体验。
虽然市面上有了相关的隔热材料，但隔热性能不理想且工艺复杂。为此，还有待研发一种用于电子产品匀热隔热的新型材料，对发热电子产品进行有效热管理，增强用户良好体验效果。
发明内容
本发明的目的是为解决现有电子产品的发热集中、温度高，在使用过程中降低用户良好体验的的技术难题，特提供一种匀隔热复合材料及其制备方法。
为了解决上述问题，本发明按以下技术方案予以实现的：
本发明所述一种匀隔热复合材料，包括金属基材、以及涂覆在金属基材一外表面上的隔热材料；
其中，所述隔热材料包括以下重量份数的制备原料：水性改性环氧树脂70-80份、二氧化钛粉体10-20份、碳化硅粉体2-10份、热可塑性微胶囊粉体2-10份、固化剂助剂0.5-0.8份、有机硅着色剂0.5-1份和大分子醇类或低挥发性的烷烃类溶剂；所述烷烃类溶剂为制备原料的总重量份数的3％-10％。
优选地，所述热可塑性微胶囊粉体的粒径为10-20um。
优选地，所述二氧化钛粉体为1-6um粒径的金红石型二氧化钛。
优选地，所述碳化硅粉体为1-6um粒径的球形碳化硅。
优选地，所述固化剂助剂为芳香族二胺类固化剂。
优选地，所述金属基材为铜箔或铝箔。
优选地，所述金属基材另一外表面上依次设置有丙烯酸胶粘合剂层和离型膜。
本发明还提供了一种匀隔热复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)混合原料：将水性改性环氧树脂70-80份、固化剂助剂0.5-0.8份、有机硅着色剂0.5-1份投入双行星分散搅拌设备的物料桶中高速分散混合至均匀，得到物料A；
(2)将粒径在10-20um的热可塑性微胶囊粉体2-10份投入步骤(1)的物料A中，搅拌至均匀无颗粒状态，得到物料B；
(3)将粒径在1-6um的二氧化钛粉体10-20份投入步骤(2)的物料B中，搅拌至均匀无颗粒状态得到物料C；
(4)将粒径在1-6um的碳化硅粉体2-10份投入步骤(3)的物料C中，搅拌至均匀无颗粒状态；随后再次搅拌20分钟得到物料D；
(5)将大分子醇类或低挥发性的烷烃类溶剂投入步骤(4)的物料D中，混合搅拌形成总体粘度在2800-3200cps的浆料E；其中，所述烷烃类溶剂为上述制备原料的总重量份数的3％-10％；
(6)采用辊涂、刮涂或喷涂工艺将物料E均匀涂覆到金属基材的表面，形成金属涂层复合片材料；将涂覆好的金属涂层复合片在减速牵引力的作用下经多段式加热烘干设备，在50℃-180℃的温度梯度烘烤通道中完成包括表干、固化、初始发泡和定型发泡的成型过程，最终制得出隔热效果良好的匀隔热复合材料。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本技术采用水性改性环氧树脂为隔热材料的基材，相对现有技术采用的水性聚氨酯、水性丙烯酸酯为基材制得的隔热材料具有耐更高温度、柔韧性好、粘接强度高等优良特性。
2、本技术采用热可塑性微胶囊粉体赋予隔热材料低导热系数，用以增强复合片材的物理隔热性能；
3、在水性改性环氧树脂加入二氧化钛粉体赋予隔热材料红外反射隔热性能；在水性改性环氧树脂中加入碳化硅粉体赋予隔热材料优良的红外辐射功能，能大幅度提升隔热效果。
4、优化发泡工艺，整体工艺无需球磨、过滤、真空脱泡等的繁琐工序，节约成本，提升生产效率，降低工艺条件和难度，并且所制得的材料达到行业同类材料的同样效果。
5、在发泡定型过程中使用恒定速度的牵引拉升，保证复合材料在成型过程过始终保持平整状态而不至于出现弯曲卷曲或者波浪状态，从而保证成型后片材的厚度均一，发泡平整，隔热效果均一。
6、选取金属基材,通过金属基材将待隔热元器件的热量均开，避免热量集中。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，其中：
图1是本发明的一种匀隔热复合材料的切面结构。
图中：1-隔热材料、2-金属基材、3-胶粘剂层、4-离型膜。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，其为本发明的一种匀隔热复合材料的优选结构。
如图1所示，所述匀隔热复合材料自上而下的依次包括隔热材料、金属基材、胶粘剂层和离型膜。
其中，本发明的匀隔热复合材料，其优选的产品形式可以是一种柔性的匀隔热复合片材或匀隔热复合薄膜，以使匀隔热复合材料可广泛应用在电子电气等产品中。
其中，所述隔热材料包括以下的制备原料：水性改性环氧树脂、二氧化钛粉体、碳化硅粉体、热可塑性微胶囊粉体、固化剂助剂、有机硅着色剂和醇类、烷烃类溶剂。
在一个优化实例中，各制备原料的重量份数为：水性改性环氧树脂70-80份、二氧化钛粉体10-20份、碳化硅粉体2-10份、热可塑性微胶囊粉体2-10份、固化剂助剂0.5-0.8份、有机硅着色剂0.5-1份以及大分子醇类或低挥发性的烷烃类溶剂；其中，所述烷烃类溶剂为制备原料的总重量份数的3％-10％。
其中，本发明采用水性改性环氧树脂为成膜基材，制得的隔热材料具有耐高温性能好、柔韧性好、粘接强度高等优良特性。在水性改性环氧树脂中混合有热可塑性微胶囊粉体，其受热发泡赋予隔热材料低导热系数，从而进一步提升复合材料物理隔热性能。
优选地，热可塑性微胶囊粉体的粒径为10-20um。
在另一个优化中，所述二氧化钛粉体为1-6um粒径的金红石型二氧化钛。金红石是较纯的二氧化钛，其折光指数高、对光散射力强，并且对近红外辐射具有高反射比的特性。另一方面，选用1-6um粒径的二氧化钛能有效的散射一定波段的红外辐射，并且1um粒径即可散射2um距离的红外辐射，从源头上隔热，更有效防护空间狭小的电子产品免受热干扰。
在另一个优化中，所述碳化硅粉体为1-6um粒径的球形碳化硅。在水性改性环氧树脂中混合有碳化硅粉体，其赋予隔热材料优良的红外辐射功能以实现隔热效果。
进一步地，所述固化剂助剂为芳香族二胺类固化剂，在常温下性能较稳定，易储存，也比较环保，与水性改性环氧树脂材料反应，所制得的匀隔热材料整体韧性及结构强度较好。
在另一个优化中，添加有大分子醇类或低挥发性的烷烃类溶剂，此类溶剂环保、安全性高，性能较稳定，以此调控隔热材料浆料的总体粘度，保证涂布均匀性、工艺稳定性。
优选地，所述金属基材为导热系数高的金属箔材，优选为铜箔或铝箔。通过金属基材将待隔热元器件的热量均开，避免热量集中。
在本实施例中，所述隔热材料可通过刮涂/喷涂/辊涂在金属基材上。所述胶粘剂层优选为丙烯酸胶粘剂涂覆形成的丙烯酸胶粘剂层，具有优良的粘结力。
本发明还提供了一种匀隔热复合材料的制备方法，其包括以下步骤：
(1)混合原料：将水性改性环氧树脂70-80份、固化剂助剂0.5-0.8份、有机硅着色剂0.5-1份投入双行星分散搅拌设备的物料桶中高速分散混合至均匀，得到物料A；
(2)将粒径在10-20um的热可塑性微胶囊粉体2-10份投入步骤(1)的物料A中，搅拌至均匀无颗粒状态，得到物料B；
(3)将粒径在1-6um的二氧化钛粉体10-20份投入步骤(2)的物料B中，搅拌至均匀无颗粒状态得到物料C；
(4)将粒径在1-6um的碳化硅粉体2-10份投入步骤(3)的物料C中，搅拌至均匀无颗粒状态；随后再次搅拌20分钟得到物料D；
(5)将醇类或低挥发性的烷烃类溶剂投入步骤(4)的物料D中，混合搅拌形成总体粘度在2800-3200cps的浆料E；
其中，所述烷烃类溶剂为上述制备原料的总重量份数的3％-10％。
(6)采用辊涂、刮涂或喷涂工艺将物料E均匀涂覆到金属薄膜表面，形成厚度均一的金属涂层复合片材料；将涂覆好的金属涂层复合片在减速牵引力的作用下经多段式加热烘干设备，在50℃-180℃的温度梯度烘烤通道中完成表干，固化，初始发泡，定型发泡等全部成型过程，最终制得出隔热效果良好的匀隔热复合材料卷材。
在上述制备方法中，主要发泡材料采用热可塑性微胶囊粉体，其是由内含液状碳氢化合物膨胀剂，外包热可塑性高分子树脂材料壳体组成。受热时，构成壳体的热可塑性树脂首先开始软化，同时，内含的碳氢化合物开始气化，内部压力开始增大，从而引起微胶囊的膨胀，膨胀时，内部压力与壳体高分子的张力外压获得平衡，从而使得其膨胀状态得以保持。耐压性可达30Mpa而不破，具有优良的机械强度。
同时，选用特制的双行星分散搅拌设备进行辅助搅拌，能较好控制材料混合搅拌时的温度，能较好的控制材料分散混合均匀度，为此类热可塑性微胶囊粉体均匀发泡的工艺控制、质量管控等方面，提供了有利条件。
本发明还提供以下制备实例：
实施例1
本实施例1匀隔热复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)混合原料：将水性改性环氧树脂70份、固化剂助剂0.5份、有机硅着色剂0.5份投入双行星分散搅拌设备的物料桶中高速分散混合，搅拌20分钟至均匀，得到物料A；
(2)将粒径在10um的可塑性微胶囊粉体2份投入步骤(1)的物料A中，搅拌20分钟至均匀无颗粒状态得到物料B；
(3)将粒径在1um的二氧化钛粉体10份投入步骤(2)的物料B中，搅拌30分钟至均匀无颗粒状态得到物料C；
(4)将粒径在1um的碳化硅粉体2-10份投入步骤(3)的物料C中，搅拌20分钟至均匀无颗粒状态；随后再次充分搅拌20分钟得到物料D；
(5)将大分子醇类或低挥发性的烷烃类溶剂投入步骤(4)的物料D中，混合搅拌形成总体粘度在2800cps左右的浆料E；其中，烷烃类溶剂为上述制备原料的总质量份数的3％。
(6)采用辊涂、刮涂或喷涂工艺将物料E均匀涂覆到金属薄膜表面，形成厚度均一的金属涂层复合片材料；将涂覆好的金属涂层复合片在减速牵引力的作用下经多段式加热烘干设备，在50℃-180℃的温度梯度烘烤通道中完成包括表干、固化、初始发泡、定型发泡等全部的成型过程，最终制得出隔热效果良好的匀隔热复合材料卷材。
实施例2
本实施例2匀隔热复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)混合原料：将水性改性环氧树脂74份、固化剂助剂0.6份、有机硅着色剂0.6份投入双行星分散搅拌设备的物料桶中高速分散混合，搅拌20分钟至均匀，得到物料A；
(2)将粒径在14um的可塑性微胶囊粉体4份投入步骤(1)的物料A中，搅拌20分钟至均匀无颗粒状态得到物料B；
(3)将粒径在2um的二氧化钛粉体13份投入步骤(2)的物料B中，搅拌30分钟至均匀无颗粒状态得到物料C；
(4)将粒径在2um的碳化硅粉体4份投入步骤(3)的物料C中，搅拌20分钟至均匀无颗粒状态；随后再次充分搅拌20分钟得到物料D；
(5)将大分子醇类或低挥发性的烷烃类溶剂投入步骤(4)的物料D中，混合搅拌形成总体粘度在3000cps的浆料E；其中，烷烃类溶剂为上述制备原料的总质量份数的5％。
(6)采用辊涂、刮涂或喷涂工艺将物料E均匀涂覆到金属薄膜表面，形成厚度均一的金属涂层复合片材料；将涂覆好的金属涂层复合片在减速牵引力的作用下经多段式加热烘干设备，在50℃-180℃的温度梯度烘烤通道中包括表干、固化、初始发泡、定型发泡等全部的成型过程，最终制得出隔热效果良好的匀隔热复合材料卷材。
实施例3
本实施例3匀隔热复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)混合原料：将水性改性环氧树脂76份、固化剂助剂0.7份、有机硅着色剂0.8份投入双行星分散搅拌设备的物料桶中高速分散混合，搅拌20分钟至均匀，得到物料A；
(2)将粒径在16um的可塑性微胶囊粉体6份投入步骤(1)的物料A中，搅拌20分钟至均匀无颗粒状态得到物料B；
(3)将粒径在4um的二氧化钛粉体17份投入步骤(2)的物料B中，搅拌30分钟至均匀无颗粒状态得到物料C；
(4)将粒径在4um的碳化硅粉体6份投入步骤(3)的物料C中，搅拌20分钟至均匀无颗粒状态；随后再次充分搅拌20分钟得到物料D；
(5)将大分子醇类或低挥发性的烷烃类溶剂投入步骤(4)的物料D中，混合搅拌形成总体粘度在3000cps的浆料E；其中，烷烃类溶剂为上述制备原料的总质量份数的8％。
(6)采用辊涂、刮涂或喷涂工艺将物料E均匀涂覆到金属薄膜表面，形成厚度均一的金属涂层复合片材料；将涂覆好的金属涂层复合片在减速牵引力的作用下经多段式加热烘干设备，在50℃-180℃的温度梯度烘烤通道中完成表干、固化、初始发泡、定型发泡等全部成型过程，最终制得出隔热效果良好的匀隔热复合材料卷材。
实施例4
本实施例4匀隔热复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)混合原料：将水性改性环氧树脂80份、固化剂助剂0.8份、有机硅着色剂1份投入双行星分散搅拌设备的物料桶中高速分散混合，搅拌20分钟至均匀，得到物料A；
(2)将粒径在20um的可塑性微胶囊粉体10份投入步骤(1)的物料A中，搅拌20分钟至均匀无颗粒状态得到物料B；
(3)将粒径在6um的二氧化钛粉体20份投入步骤(2)的物料B中，搅拌30分钟至均匀无颗粒状态得到物料C；
(4)将粒径在6um的碳化硅粉体10份投入步骤(3)的物料C中，搅拌20分钟至均匀无颗粒状态；随后再次充分搅拌20分钟得到物料D；
(5)将大分子醇类或低挥发性的烷烃类溶剂投入步骤(4)的物料D中，混合搅拌形成总体粘度在3200cps的浆料E；
其中，烷烃类溶剂为上述制备原料的总质量份数的10％。
(6)采用辊涂、刮涂或喷涂工艺将物料E均匀涂覆到金属薄膜表面，形成厚度均一的金属涂层复合片材料；将涂覆好的金属涂层复合片在减速牵引力的作用下经多段式加热烘干设备，在50℃-180℃的温度梯度烘烤通道中完成表干、固化、初始发泡、定型发泡等全部成型过程，最终制得出隔热效果良好的匀隔热复合材料卷材。
根据ASTM5470测试标准，对实施例1-4的隔热材料的导热系数进行测定，结果如下表所示：
实施例 1 2 3 4
导热系数 0.065W/mk 0.061W/mk 0.058W/mk 0.051W/mk
由此可见，本发明的隔热材料的导热系数非常低，具有较好的物理隔热性能。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，故凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种匀隔热复合材料，其特征在于，包括金属基材、以及涂覆在金属基材一外表面上的隔热材料；
其中，所述隔热材料包括以下重量份数的制备原料：水性改性环氧树脂70-80份、二氧化钛粉体10-20份、碳化硅粉体2-10份、热可塑性微胶囊粉体2-10份、固化剂助剂0.5-0.8份、有机硅着色剂0.5-1份和大分子醇类或低挥发性的烷烃类溶剂；所述烷烃类溶剂为制备原料的总重量份数的3％-10％。
2.根据权利要求1所述的匀隔热复合材料，其特征在于：
所述热可塑性微胶囊粉体的粒径为10-20um。
3.根据权利要求1所述的匀隔热复合材料，其特征在于：
所述二氧化钛粉体为1-6um粒径的金红石型二氧化钛。
4.根据权利要求1所述的匀隔热复合材料，其特征在于：
所述碳化硅粉体为1-6um粒径的球形碳化硅。
5.根据权利要求1至4任意一项所述的匀隔热复合材料，其特征在于：
所述固化剂助剂为芳香族二胺类固化剂。
6.根据权利要求1至4任意一项所述的匀隔热复合材料，其特征在于：
所述金属基材为铜箔或铝箔。
7.根据权利要求1至4任意一项所述的匀隔热复合材料，其特征在于：
所述金属基材另一外表面上依次设置有丙烯酸胶粘合剂层和离型膜。
8.一种匀隔热复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)混合原料：将水性改性环氧树脂70-80份、固化剂助剂0.5-0.8份、有机硅着色剂0.5-1份投入双行星分散搅拌设备的物料桶中高速分散混合至均匀，得到物料A；
(2)将粒径在10-20um的热可塑性微胶囊粉体2-10份投入步骤(1)的物料A中，搅拌至均匀无颗粒状态，得到物料B；
(3)将粒径在1-6um的二氧化钛粉体10-20份投入步骤(2)的物料B中，搅拌至均匀无颗粒状态得到物料C；
(4)将粒径在1-6um的碳化硅粉体2-10份投入步骤(3)的物料C中，搅拌至均匀无颗粒状态；随后再次搅拌20分钟得到物料D；
(5)将大分子醇类或低挥发性的烷烃类溶剂投入步骤(4)的物料D中，混合搅拌形成总体粘度在2800-3200cps的浆料E；其中，所述烷烃类溶剂为上述制备原料的总重量份数的3％-10％；
(6)采用辊涂、刮涂或喷涂工艺将物料E均匀涂覆到金属基材的表面，形成金属涂层复合片材料；将涂覆好的金属涂层复合片在减速牵引力的作用下经多段式加热烘干设备，在50℃-180℃的温度梯度烘烤通道中完成包括表干、固化、初始发泡和定型发泡的成型过程，最终制得出隔热效果良好的匀隔热复合材料。
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