CN110740629A - 一种定向导热吸波片及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种定向导热吸波片及其制备方法，该制备方法包括：(1)碳纤维预处理：将碳纤维依次用丙酮、浓硝酸和双氧水的混合液在超声环境下清洗表面；(2)碳纤维磁性化处理:将碳纤维放入到已经配比好镀液的镀槽中进行磁性化处理，然后用去离子清洗至中性；(3)碳纤维定向：把磁性碳纤维、有机油、导热填料、吸波填料粒子、交联剂、催化剂、偶联剂一起混合搅拌至均匀；(4)定向成型：将混合均匀的物料抽真空去气泡，利用压延机在磁场环境下进行定向成型。本发明是通过电磁场定向技术，把碳纤维按照轴向排列起来，最后通过成型工艺获得具有定向结构的高导热性能的导热吸波片。
Description
技术领域
本发明涉及定向导热片技术领域，特别涉及一种定向导热吸波片及其制备方法。
背景技术
随着5G电子时代的开启，电子设备运行的速度越来越快，其厚度也越来越薄，散热问题和电磁干扰问题在器件的使用中越来越明显。散热问题比较容易发生的部位通常是一些具备数字控制/功率放大的芯片位置，应用导热垫片可以把多余的热量有效地导出或传导至散热器，使芯片不至过热，而人们通过导热片解决散热问题的时候，发现电磁波干扰问题仍然存在，而导热垫片已经占据了厚度空间，结构上已经没有多余的厚度空间允许再使用吸波材料，导热吸波片是集导热与吸波功能于一体，能够很好的解决电子器件的空间不足的问题，从现有的文献和专利资料来看，现今的导热吸波片无论是导热性能还是吸波性能(热导率<6W/mK)都无法满足未来电子器件的需求了。
定向导热吸波片是一种在定向方向上能极致的发挥其性能，通常这类材料在性能上都具有各向异性特点，在定向方向上的性能会比非定向要高出数倍。碳纤维不但具有极高的导热性能，导热率商业上已经达到了900w/mK，同时，它还是一种非常好的吸波材料，更重要的它还是线状型，在性能上就具有各向异性，沿纤维方向上的性能要高出纤维直径方向很多，所以利用定向技术，把碳纤维按照一定规律排列起来，所制备出了的材料，无论是在导热性能还是在吸波性能都非常的好。
定向导热片已经在之前的专利上出现过很多次了，尤其以保力马公司的CN108781524A和鸿富诚的CN107396610A为代表，所述的导热片在性能上是非定向的数倍，所制备的材料已经用于现在最先进的电子器件或者是将要开发的电子器件，但是定向导热吸波片还没有相关专利或者文献。
现有的定向导热片，虽然在导热率上提升了很多，但是功能单一，满足不了电子产品由于空间不足而带来的问题。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种定向导热吸波片及其制备方法。本发明是通过电磁场定向技术，把核心材料碳纤维按照轴向排列起来，制备出在导热性能和吸波性能都极好的定向导热吸波片。
为了实现上述目的，本发明技术方案如下：
一种定向导热吸波片，该吸波片包括质量百分数组成如下：有机油5％～35％、导热填料20％～75％、吸波填料粒子10％～65％、碳纤维15％～35％、交联剂0.5％～5％、催化剂0.1％～5.0％、偶联剂0.1％～3.0％。
较佳地，所述有机油选自端乙烯基硅油、侧链乙烯基硅油、氨基硅油、苯基硅油、二甲基硅油、羟基硅油中的一种或多种；该有机油的含量为8％。
较佳地，所述的有机油的粘度在100cps～100000cps，优选地，该有机油的粘度为500cps或1000cps。
较佳地，所述导热填料选自氧化铝、氧化锌、氮化硼、氢氧化铝、硅铝酸盐或氮化铝中的一种或多种；该导热填料的直径为0.1μm～150μm，该导热填料含量为55％。
较佳地，所述吸波填料粒子选自坡莫合金粉末、超坡莫合金粉末、Fe-Si-Al-Ni合金粉末、Fe-Si-Cr合金粉末、Fe-Co合金粉末、Fe-Si合金粉末、Fe-Cr合金粉末、Fe-Si-Al-Cr合金粉末、硅铜合金粉末、Fe-Cu-Nb-Si-B合金粉末、Fe-Si-Cr-Ni合金粉末、锰锌铁氧体磁粉、镍锌铁氧体粉体、铁硅铝铁氧体粉、羰基铁粉、羰基镍粉、铁氧体中的一种或多种；该吸波填料粒子为球形，直径为0.7～60μm，且该吸波填料粒子含量为27％
较佳地，所述碳纤维直径为5μm～15μm、长度为50μm～3000μm、导热率为500w/mK～1000w/mK。
较佳地，所述交联剂包括：含氢硅油，该交联剂含量优选的为1.5％。
较佳地，所述催化剂选自铂金水、铂金络合物中的一种或多种；该催化剂含量优选的为0.5％；所述偶联剂选自硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂中的一种或多种；该偶联剂含量为0.7％。
一种定向导热吸波片的制备方法，包括如下步骤：
(1)、碳纤维预处理：将碳纤维依次用丙酮、浓硝酸和双氧水的混合液在超声环境下清洗表面，其中浓硝酸与双氧水的质量比为1:3；
(2)、碳纤维磁性化处理：将处理完的碳纤维放入到将处理完的碳纤维放入到已经配比好镀液的镀槽中进行磁性化处理(使得碳纤维表面被镀上一层磁性材料或者抗磁性材料)，然后用去离子清洗直至中性；
(3)、碳纤维定向：把磁性碳纤维、有机油、导热填料、吸波填料粒子、交联剂、催化剂、偶联剂一起混合搅拌至均匀；
(4)、定向成型：将混合均匀的物料抽真空去气泡，利用压延机在磁场环境下进行定向成型。
较佳地，所述步骤(2)中的镀液是用硝酸铁、硫酸铁、亚硫酸铁、氯化铁、氯化亚铁、硫酸镍、硫酸钴的一种或者多种混合和次磷酸钠配比而成，与次磷酸钠的质量配比为1:1～1:10，优选地，质量配比为3:5。
较佳地，所述步骤(4)中的磁场选自永磁体、电磁场、超导磁体产生的磁场中的一种，其磁场强度范围为0.1T～10T。
采用本发明的技术方案，具有以下有益效果：本发明是通过电磁场定向技术，把碳纤维按照轴向排列起来，提高材料的导热吸波能力，最后通过成型工艺获得具有定向结构的高导热性能的导热吸波片；该定向性导热吸波片是一种集导热和吸波功能于一体的多功能复合片，此类薄膜片材料不仅在轴向具有超高的导热和优秀的吸波性能，能够满足下一代电子产品的需要，尤其是针对集成化程度高、空间不足的电子产品、光学模块、光纤通信等能量密度高的场景，通过延压的厚度调控，可以根据要求将薄膜片材料控制在0.5mm-10mm之间，得到的目标产品相较于现有技术，其具有以下特点：
1)在轴向超高的导热性能和优秀的吸波性能；
2)结构简单，便于大规模生产，可以提高生产效率，产能高，降低成本；
3)产品具有优异的适应性和柔性，滑动性和弹性都非常优异，良好的机械性能，适应性强。
附图说明
图1为本发明工艺流程图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例，对本发明进一步说明。
实施例1：
原料及组分见表1，该定向导热吸波片的制备方法，包括如下步骤：
(1)、丙酮处理：把碳纤维放入到丙酮溶液中，在超声环境下清洗30min，过滤烘干；
(2)、磁性处理：将上述的碳纤维放入到硝酸铁：次磷酸钠的质量比为3:5的镀液中1h，然后用去离子清洗直到PH值为7，过滤烘干；
(3)、混练：将材料参数表1中的材料混合；
表1
| 材料 | 技术参数 | 用量 |
| 乙烯基硅油 | 50份 | |
| 含氢硅油 | 3份 | |
| 硅烷偶联剂 | 1份 | |
| 铂金催化剂 | 0.8份 | |
| 碳纤维(CF) | 50份 | |
| 氧化铝(Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>) | 球形 | 250份 |
| 铁硅铝合金 | 片状 | 150份 |
(4)、定向成型:利用延压设定厚度，在0.1T的磁场环境下，压延成型，最后得到定向碳纤维导热吸波片，并测试该定向碳纤维导热吸波片性能如下表2。
表2
| 性能 | 厚度 | 导热率 |
| 测量值 | 1mm | 8.02w/mK |
实施例2:
原料及组分见表3，该定向导热吸波片的制备方法，包括如下步骤：
(1)、丙酮处理：把碳纤维放入到丙酮溶液中，在超声环境下清洗30min，过滤烘干；
(2)、磁性处理：将上述的碳纤维放入到硝酸铁：次磷酸钠质量比为2:3的镀液中1h，然后用去离子清洗直到PH值为7，过滤烘干；
(3)混炼：将材料参数表3中的材料混合；
表3
| 材料 | 技术参数 | 用量 |
| 乙烯基硅油 | 50份 | |
| 含氢硅油 | 3份 | |
| 硅烷偶联剂 | 1份 | |
| 铂金催化剂 | 0.8份 | |
| 碳纤维(CF) | 100份 | |
| 氧化铝(Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>) | 球形， | 250份 |
| 铁硅铝合金 | 片状 | 150份 |
(4)、定向成型:利用延压机设定厚度，在1T的磁场环境下，压延成型，最后得到定向碳纤维导热吸波片，并测试该定向碳纤维导热吸波片性能如下表4。
表4
| 性能 | 厚度 | 导热率 |
| 测量值 | 1mm | 10.47w/mK |
实施例3：
原料及组分见表5，该定向导热吸波片的制备方法，包括如下步骤：
(1)、丙酮处理：把碳纤维放入到丙酮溶液中，在超声环境下清洗30min，过滤烘干；
(2)、磁性处理：将上述的碳纤维放入到硝酸铁：次磷酸钠的质量比为2:3的镀液中1h，然后用去离子清洗直到PH值为7，过滤烘干；
(3)、混炼：将材料参数表5中的材料混合；
表5
(4)、设定厚度，用延压机设定厚度，在1T的磁场环境下，压延成型，最后得到定向碳纤维导热吸波片，并测试该定向碳纤维导热吸波片性能如下表6。
表6
| 性能 | 厚度 | 导热率 |
| 测量值 | 1mm | 12.3w/mK |
由上述实施例1-3可知本发明是通过电磁场定向技术，把碳纤维按照轴向排列起来，提高材料的导热吸波能力，最后通过成型工艺获得具有定向结构的高导热性能的导热吸波片；
该定向性导热吸波片是一种集导热和吸波功能于一体的多功能复合片，此类薄膜片材料不仅在轴向具有超高的导热和优秀的吸波性能，能够满足下一代电子产品的需要，尤其是针对集成化程度高、空间不足的电子产品、光学模块、光纤通信等能量密度高的场景，通过延压的厚度调控，可以根据要求将薄膜片材料控制在0.5mm-10mm之间，得到的目标产品相较于现有技术，其具有以下特点：
1)在轴向超高的导热性能和优秀的吸波性能；
2)结构简单，便于大规模生产，可以提高生产效率，产能高，降低成本；
3)产品具有优异的适应性和柔性，滑动性和弹性都非常优异，良好的机械性能，适应性强。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种定向导热吸波片，其特征在于，该吸波片包括质量百分数组成如下：有机油5％～35％、导热填料20％～75％、吸波填料粒子10％～65％、碳纤维15％～35％、交联剂0.5％～5％、催化剂0.1％～5.0％、偶联剂0.1％～3.0％。
2.根据权利要求1所述的定向导热吸波片，其特征在于，所述有机油选自端乙烯基硅油、侧链乙烯基硅油、氨基硅油、苯基硅油、二甲基硅油、羟基硅油中的一种或多种；该有机油的含量为8％，所述有机油的粘度在100cps～100000cps。
3.根据权利要求1所述的定向导热吸波片，其特征在于，所述导热填料选自氧化铝、氧化锌、氮化硼、氢氧化铝、硅铝酸盐或氮化铝中的一种或多种；该导热填料的直径为0.1μm～150μm，该导热填料含量为55％。
4.根据权利要求1所述的定向导热吸波片，其特征在于，所述吸波填料粒子选自坡莫合金粉末、超坡莫合金粉末、Fe-Si-Al-Ni合金粉末、Fe-Si-Cr合金粉末、Fe-Co合金粉末、Fe-Si合金粉末、Fe-Cr合金粉末、Fe-Si-Al-Cr合金粉末、硅铜合金粉末、Fe-Cu-Nb-Si-B合金粉末、Fe-Si-Cr-Ni合金粉末、锰锌铁氧体磁粉、镍锌铁氧体粉体、铁硅铝铁氧体粉、羰基铁粉、羰基镍粉、铁氧体中的一种或多种；该吸波填料粒子为球形，直径为0.7～60μm，且该吸波填料粒子含量为27％。
5.根据权利要求1所述的定向导热吸波片，其特征在于，所述碳纤维直径为5μm～15μm、长度为50μm～3000μm、导热率为500w/mK～1000w/mK。
6.根据权利要求1所述的定向导热吸波片，其特征在于，所述交联剂包括：含氢硅油，该交联剂含量为1.5％。
7.根据权利要求1所述的定向导热吸波片，其特征在于，所述催化剂选自铂金水、铂金络合物中的一种或多种；该催化剂含量为0.5％；所述偶联剂选自硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂中的一种或多种；该偶联剂含量为0.7％。
8.根据权利要求1-7任一项所述的定向导热吸波片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)、碳纤维预处理：将碳纤维依次用丙酮、浓硝酸和双氧水的混合液在超声环境下清洗表面，其中浓硝酸与双氧水的质量比为1:3；
(2)、碳纤维磁性化处理:将处理完的碳纤维放入到已经配比好镀液的镀槽中进行磁性化处理，然后用去离子清洗至中性；
(3)、碳纤维定向：再把磁性碳纤维、有机油、导热填料、吸波填料粒子、交联剂、催化剂、偶联剂一起混合搅拌至均匀；
(4)、定向成型：将混合均匀的物料抽真空去气泡，利用压延机在磁场环境下进行定向成型。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中的镀液是用硝酸铁、硫酸铁、亚硫酸铁、氯化铁、氯化亚铁、硫酸镍、硫酸钴的一种或者多种混合和次磷酸钠配比而成，与次磷酸钠的质量配比为1:1～1:10。
10.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中的磁场选自永磁体、电磁场、超导磁体产生的磁场中的一种，其磁场强度范围为0.1T～10T。
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