CN110724376A - 一种高效高强度导热片及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种导热片及其制备方法。所述的导热片，原料简单易得，制造方便且成本低廉，兼具突出的导热性能、优异的机械性能以及优良的表面状态；所述的导热片的制备方法，步骤简单，质量可控，生产高效，成本低廉；尤其是通过不同熔点的高分子粉体的巧妙配合，克服了导热片成型过程中容易发生弯曲的严重缺陷。因而，极具推广和应用价值。

Description

一种高效高强度导热片及其制备方法
技术领域
本发明属于导热材料领域，具体地，涉及一种高效高强度导热片及其制备方法。
背景技术
电子元器件的微型化以及微电子集成电路的快速发展对导热片提出了更高的要求。例如，导热片应满足导热性能突出、机械性能优异以及表面平整光滑等要求。高分子材料以其优异的耐腐蚀性、电气绝缘性、质轻、易加工及优良的介电性能等优点，被广泛用作各类导热材料的基材。为了提高导热性能，通常需要在高分子材料中添加一定比例的导热填料，包括金属导热填料和非金属导热填料等。但是，添加导热填料会对材料的机械性能造成一定的影响。
3D打印作为一种新兴的制造技术，最大的优点在于无需任何模具无需机械加工，便可直接根据计算机图形数据制造出任何形状的零件，从而极大地简化生产流程，提高生产效率，降低生产成本。然而，以高分子粉体和导热填料的混合粉体为原料，采用3D打印技术制造导热片时，容易因局部受力不均而导致生产的导热片发生弯曲。以常用的3D打印成型工艺之一，选择性激光烧结(SLS)工艺为例，混合粉体吸收激光的能量升温熔化后再固化成型。导热片在固化成型过程中，液固混合相质点因局部受力不平衡而导致导热片发生弯曲，造成严重的质量缺陷。
发明内容
发明目的：为了克服以上不足，本发明提供一种高效高强度导热片及其制备方法。本发明所述的高效高强度导热片，原料简单易得，制造方便且成本低廉，兼具突出的导热性能、优异的机械性能以及良好的表面状态，极具推广和应用价值。
技术方案：为了克服现有技术中的不足，本发明提供了一种高效高强度导热片，按重量计，包括以下组分：高熔点高分子粉体32.6-79.2份、低熔点高分子粉体0.4-0.8份和余量导热填料，且所述低熔点高分子粉体的熔点比所述高熔点高分子粉体的熔点低10-50℃。其中，所述高熔点高分子粉体作为导热片的基材，决定了基础的物化及机械性能，并可根据实际使用场景和需求进行选择调整。所述低熔点高分子粉体能够与所述高熔点高分子粉体在成型过程中相配合，改善局部受力状态，抑制导热片发生弯曲。所述导热填料可以增加导热片的导热系数，提升导热性能。三者有效协同，便可兼顾导热性能突出、机械性能优异以及表面平整光滑等要求。
进一步地，上述高效高强度导热片，所述导热填料为石墨烯、碳纤维、氮化硼、氧化铝和铝粉中的一种或几种。导热填料用来增加导热片的导热系数，提升导热性能。根据实际使用时对导热片的导热性能和机械性能的要求，选择合适的导热填料的种类和用量。
进一步地，上述高效高强度导热片，所述高熔点高分子粉体为PA12、PA11、HDPE、PP和TPU中的一种。所述高熔点高分子粉体，作为导热片的基材，主要决定导热片的物化特性和机械性能，在实际生产时根据应用场景的要求选用合适的种类和用量。
进一步地，上述高效高强度导热片，所述低熔点高分子粉体为PA12、PA11、HDPE、PP和TPU中的一种或多种。所述低熔点高分子粉体需要与所述高熔点高分子粉体配合使用，改善局部受力状态，抑制导热片发生弯曲。具体地，在没有低熔点高分子粉体的配合下，高熔点高分子粉体在成型过程中会形成局部很高的温度梯度，在冷却固化过程中因主体固化而局部未充分冷却产生较大的内应力；另外，在导热片边缘处，液固混合相质点在较大的表面张力的作用下发生定向迁移，最终导致导热片弯曲。加入少量低熔点高分子粉体后，质点局部受力不平衡的状况得到明显改善。一方面，低熔点高分子粉体熔点较低，会晚于高熔点高分子粉体固化成型，既有利于热量的传导，又能在高熔点高分子粉体固化成型时使体系保持较大的流动性，使得内应力释放而无法累积。另一方面，低熔点高分子粉体的添加能够缓解导热片边缘处液固混合相质点较大的表面张力作用。综上，加入少量低熔点高分子粉体，能够有效抑制导热片的弯曲。但是，低熔点高分子粉体的添加应适量，以高熔点高分子粉体重量的1wt％左右为宜，过多或过少都无法达到令人满意的效果。
进一步地，上述高效高强度导热片的制备方法，包括以下步骤：
(1)将所述高熔点高分子粉体、所述低熔点高分子和所述导热填料混合均匀，得混合粉体；
(2)将所述混合粉体装入3D打印机，设置打印工艺种类，然后3D打印成型，得所述高效高强度导热片。
本发明所述的高效高强度导热片的制备方法，步骤简单，质量可控，生产高效，成本低廉，极具推广和应用价值。
进一步地，上述的高效高强度导热片的制备方法，所述混合步骤采用锥形混料罐进行混合，混合时间15-60min。该方法能够使各原料粉体充分混合均匀。
进一步地，上述的高效高强度导热片的制备方法，所述打印工艺为选择性激光烧结(SLS)工艺。粉末材料吸收激光的能量，温度升高进而熔化，再固化成型。SLS技术具有材料适应性广，材料利用率高，生产效率高等优势。
进一步地，上述的高效高强度导热片的制备方法，所述选择性激光烧结(SLS)工艺的预热参数为：模腔温度比所述高熔点高分子粉体的熔点低30-50℃，表面温度比所述高熔点高分子粉体的熔点低20-40℃。
进一步地，上述的高效高强度导热片的制备方法，所述选择性激光烧结(SLS)工艺的打印参数为：模腔温度比所述高熔点高分子粉体的熔点低30-50℃，表面温度比所述高熔点高分子粉体的熔点低5-10℃，激光功率3.5-15W，打印速度800-1600mm/s。保持模腔温度和表面温度存在一定的差值，可以确保在打印的过程中，不出现打印区域外粉体粘结的现象。足够的激光功率和打印速度都能够使得打印快速进行，使热量不过多地传导到非打印区域而引起粘结。
有益效果：与现有技术相比，本发明所述的高效高强度导热片，原料简单易得，制造方便且成本低廉，兼具突出的导热性能、优异的机械性能以及优良的表面状态；本发明所述的导热片的制备方法，步骤简单，质量可控，生产高效，成本低廉；尤其是通过不同熔点的高分子粉体的巧妙配合，克服了导热片固化过程中容易弯曲的严重缺陷。综上，本发明所述的高效高强度导热片及其制备方法，极具推广和应用价值。
具体实施方式
下面将通过几个具体实施例，进一步阐明本发明，这些实施例只是为了说明问题，并不是一种限制。
实施例1
一种高效高强度导热片的制备方法，包括以下步骤：
(1)将组分PA12(熔点：186℃)39.6份、PA12(熔点：175℃)0.4份、氮化硼60份加入锥形混料罐混合60min。
(2)将所述混合粉体装入3D打印机，设置SLS打印工艺，然后3D打印成型，得所述高效高强度导热片。其中，预热参数：模腔温度140℃、表面温度150℃；打印参数：模腔温度140℃、表面温度173℃、激光功率3.5W、打印速度800mm/s。
实施例2
一种高效高强度导热片的制备方法，包括以下步骤：
(1)将组分PA11(熔点：183℃)39.6份、TPU(熔点：136℃)0.4份、氮化硼60份加入锥形混料罐混合60min。
(2)将所述混合粉体装入3D打印机，设置SLS打印工艺，然后3D打印成型，得所述高效高强度导热片。其中，预热参数：模腔温度145℃、表面温度160℃；打印参数：模腔温度145℃、表面温度180℃、激光功率15W、打印速度1200mm/s。
实施例3
一种高效高强度导热片的制备方法，包括以下步骤：
(1)将组分PA12(熔点：186℃)79.2份、HDPE(熔点：143℃)0.8份、氧化铝20份加入锥形混料罐混合15min。
(2)将所述混合粉体装入3D打印机，设置SLS打印工艺，然后3D打印成型，得所述高效高强度导热片。其中，预热参数：模腔温度140℃、表面温度150℃；打印参数：模腔温度140℃、表面温度178℃、激光功率10W、打印速度1600mm/s。
实施例4
一种高效高强度导热片的制备方法，包括以下步骤：
(1)将组分PA12(熔点：186℃)49.5份、PA12(熔点：175℃)0.5份、铝粉50份加入锥形混料罐混合30min。
(2)将所述混合粉体装入3D打印机，设置SLS打印工艺，然后3D打印成型，得所述高效高强度导热片。其中，预热参数：模腔温度140℃、表面温度155℃；打印参数：模腔温度140℃、表面温度175℃、激光功率15W、打印速度1000mm/s。
实施例5
一种高效高强度导热片的制备方法，包括以下步骤：
(1)将组分TPU(熔点：140℃)59.4份、TPU(熔点：110℃)0.6份、碳纤维40份加入锥形混料罐混合60min。
(2)将所述混合粉体装入3D打印机，设置SLS打印工艺，然后3D打印成型，得所述高效高强度导热片。其中，预热参数：模腔温度50℃、表面温度60℃；打印参数：模腔温度50℃、表面温度75℃、激光功率12W、打印速度800mm/s。
实施例6
一种高效高强度导热片的制备方法，包括以下步骤：
(1)将组分PA12(熔点：185℃)40份、氮化硼60份加入锥形混料罐混合60min。
(2)将所述混合粉体装入3D打印机，设置SLS打印工艺，然后3D打印成型，得所述高效高强度导热片。其中，预热参数：模腔温度140℃、表面温度150℃；打印参数：模腔温度140℃、表面温度173℃、激光功率3.5W、打印速度800mm/s。
实施例7
一种高效高强度导热片的制备方法，包括以下步骤：
(1)将组分TPU(熔点：140℃)60份、氮化硼40份加入锥形混料罐混合60min。
(2)将所述混合粉体装入3D打印机，设置SLS打印工艺，然后3D打印成型，得所述高效高强度导热片。其中，预热参数：模腔温度50℃、表面温度60℃；打印参数：模腔温度50℃、表面温度75℃、激光功率12W、打印速度800mm/s。
以下通过实验数据进一步说明本发明的有益效果，分别对实施例1-7的高效高强度导热片进行检测，其中实施例6和7作为对比例，测试结果见表1。
表1高效高强度导热片检测结果
Figure BDA0002225878450000081
由表1数据显示，本发明所述的高效高强度导热片，兼具突出的导热性能、优异的机械性能以及优良的表面状态；本发明所述的高效高强度导热片的制备方法，步骤简单，质量可控，生产高效，成本低廉。特别地，通过实施例1-5与实施例6和7的对比可见，将不同熔点的高分子粉体巧妙配合，有效克服了导热片固化过程中容易弯曲的严重缺陷。综上，本发明所述的高效高强度导热片及其制备方法，极具推广和应用价值。
以上所述仅是本发明的部分实施方式，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的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种高效高强度导热片，其特征在于：按重量计，包括以下组分：高熔点高分子粉体32.6-79.2份、低熔点高分子粉体0.4-0.8份和余量导热填料，且所述低熔点高分子粉体的熔点比所述高熔点高分子粉体的熔点低10-50℃。
2.根据权利要求1所述的高效高强度导热片，其特征在于：所述导热填料为石墨烯、碳纤维、氮化硼、氧化铝和铝粉中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的高效高强度导热片，其特征在于：所述高熔点高分子粉体为PA12、PA11、HDPE、PP和TPU中的一种。
4.根据权利要求1所述的高效高强度导热片，其特征在于：所述低熔点高分子粉体为PA12、PA11、HDPE、PP和TPU中的一种或多种。
5.根据权利要求1-4任一项所述的高效高强度导热片的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）将所述高熔点高分子粉体、所述低熔点高分子和所述导热填料混合均匀，得混合粉体；
（2）将所述混合粉体装入3D打印机，设置打印工艺种类，然后3D打印成型，得所述高效高强度导热片。
6.根据权利要求5所述的高效高强度导热片的制备方法，其特征在于：所述混合步骤采用锥形混料罐进行混合，混合时间15-60min。
7.根据权利要求5所述的高效高强度导热片的制备方法，其特征在于：所述打印工艺为选择性激光烧结（SLS）工艺。
8.根据权利要求7所述的高效高强度导热片的制备方法，其特征在于：所述选择性激光烧结（SLS）工艺的预热参数为：模腔温度比所述高熔点高分子粉体的熔点低30-50℃，表面温度比所述高熔点高分子粉体的熔点低20-40℃。
9.根据权利要求8所述的高效高强度导热片的制备方法，其特征在于：所述选择性激光烧结（SLS）工艺的打印参数为：模腔温度比所述高熔点高分子粉体的熔点低30-50℃，表面温度比所述高熔点高分子粉体的熔点低5-10℃，激光功率3.5-15W，打印速度800-1600mm/s。
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