CN111253828A - 一种导热垫片及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种导热垫片及其制备方法，所述导热垫片位于热源和散热器之间，包括基体和涂覆在基体表面的导热浆料层；所述导热浆料层，由石墨、环氧树脂、聚乙烯、乙烯‑醋酸乙烯共聚物、氧化铝粉末、氧化镁、玻璃纤维、阻燃剂、偶联剂、增韧剂混合制备而成。本发明通过环氧树脂、聚乙烯、乙烯‑醋酸乙烯共聚物分子链之间相互缠绕，将石墨、氧化铝粉末、氧化镁、玻璃纤维分散其中，使得各组分之间在导热性能方面发挥协同增效作用，通过阻燃剂、偶联剂和增韧剂调节其相容性，改善材料的高散热性能及阻燃性。

Description

一种导热垫片及其制备方法

技术领域

本发明涉及导热材料技术领域，具体来说，涉及一种导热垫片及其制备方法。

背景技术

随着半导体和电子技术的发展，元器件的功率急剧增大，随之伴生的热效应，是器件失效的重要原因。电子元器件在运行过程中所产生的热量对电子设备的工作效率和使用寿命的影响越来越严重，安全高效的散热解决方案越来越受到重视。传统的热管理解决方案有导热硅胶片、导热膏、相变材料等，其基体材料都是硅油或者带活性基团的硅油交联聚合而成的硅橡胶。其中，导热硅胶片质软，耐冲击，易加工，能适应不同形状的界面导热要求，又因为其优异的可压缩变形特性，填充于散热器和热源之间时，在两电子元器件界面间形成了良好紧密接触，排除了低热导率空气的存在，将散热器功效大大提高，是一种必不可少的导热填隙材料。

现有的导热垫片由于工作环境不同，热源高度不同，很难适用于一些较复杂的散热设计。如何有效保证导热性能同时具有高的阻燃性能，成为目前导热垫片的一个研究方向。

发明内容

本发明提供了一种导热垫片及其制备方法，能有效解决垫片的导热材料导热性能不佳、阻燃性不高、填充不均的问题。

为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一方面，本发明提供一种导热垫片，位于热源和散热器之间，包括基体和涂覆在基体表面的导热浆料层；

所述导热浆料层，由石墨、环氧树脂、聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、氧化铝粉末、氧化镁、玻璃纤维、阻燃剂、偶联剂、增韧剂混合制备而成。

进一步地，所述导热浆料层，按质量分数计，包括石墨30～50份、环氧树脂30～75份、聚乙烯30～75份、乙烯-醋酸乙烯共聚物10～30份、氧化铝粉末45～70份、氧化镁5～10份、玻璃纤维10～15份、阻燃剂1～3份、偶联剂1～3份、增韧剂1～3份；

进一步地，所述偶联剂为硅烷偶联剂或铝酸酯偶联剂；

进一步地，所述阻燃剂为低聚磷酸铵、溴化聚苯乙烯、三氧化二锑的混合物，三者质量比为1:1:1；阻燃剂的加入可避免因产品工作温度过高而产生燃烧；

进一步地，所述环氧树脂为缩水甘油醚类环氧树脂或脂环族类环氧树脂中的一种；

进一步地，所述石墨包括粒径为亚微米级的碳纳米管、石墨烯、碳纤维中的一种或多种。

进一步地，所述石墨、氧化铝粉末、氧化镁的粒径均在10～100nm、玻璃纤维的粒径为5～20μm。不同粒径可起到互补作用，增强无机物在有机物中的分布均一及添加量，可提高导热性能。

石墨、氧化铝粉末、氧化镁具有表面积大、表面能高和表面活性高的特点。

环氧树脂、聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物分子链之间相互缠绕，将石墨、氧化铝粉末、氧化镁、玻璃纤维分散其中，使得各组分之间在导热性能方面发挥协同增效作用，通过阻燃剂、偶联剂和增韧剂调节其相容性，改善材料的高散热性能及阻燃性。

进一步地，所述基材的厚度为10～30μm。

进一步地，所述导热浆料层的厚度为20～100μm。

另一方面，本发明提供一种上述导热垫片的制备方法，具体制备步骤如下：

1)将石墨、环氧树脂、聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、氧化铝粉末、氧化镁、玻璃纤维在搅拌釜中进行搅拌均匀处理获得初混物；

2)将阻燃剂、偶联剂、增韧剂添加至上述初混物中共混后，电子辐照交联改性制得导热浆料；

3)所得导热浆料涂覆在基体表面，经过烘干获得导热垫片。

进一步地，所述制备方法的具体过程如下：

将石墨30～50份、环氧树脂30～75份、聚乙烯30～75份、乙烯-醋酸乙烯共聚物10～30份、氧化铝粉末45～70份、氧化镁5～10份、玻璃纤维10～15份在搅拌釜中进行搅拌均匀处理获得初混物，搅拌釜转速为1000～1500rpm，搅拌时间为1～5小时，搅拌温度控制在90～150℃；所述石墨、氧化铝粉末、氧化镁的粒径均在10～100nm、玻璃纤维的粒径为5～20μm；

将阻燃剂1～3份、偶联剂1～3份、增韧剂1～3份添加至上述初混物中共混后，电子辐照交联改性制得导热浆料；搅拌釜转速为500～1000rpm，搅拌时间为10～30min；所述偶联剂为硅烷偶联剂或铝酸酯偶联剂；所述阻燃剂为低聚磷酸铵、溴化聚苯乙烯、三氧化二锑的混合物，三者质量比为1:1:1；

所得导热浆料涂覆在基体表面，经过50～100℃烘干获得导热垫片；所述基材的厚度为10～30μm；所述导热浆料层的厚度为20～100μm。

有益效果：

本发明提供一种导热垫片及其制备方法，在基体表面涂覆导热浆料，能增强材料表面的某些基团反应，又能增强粘合强度，提高导热率，具有阻燃性能。

通过阻燃剂的加入可避免因产品工作温度过高而产生燃烧；

石墨、氧化铝粉末、氧化镁具有表面积大、表面能高和表面活性高的特点，具有导热性能；

玻璃纤维不仅可导热还能填充散热、阻燃；

环氧树脂、聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物分子链之间相互缠绕，使材料具有高的孔密度和均匀孔径分布，利于将导热物质均匀分布，增强无机颗粒与有机材料的相容性，降低固化后无机物与有机物纸件的界面缺陷及界面应力；将石墨、氧化铝粉末、氧化镁、玻璃纤维分散其中，使得各组分之间在导热性能方面发挥协同增效作用，增强导热站街材料的结合力，使得导热垫片的机械性能增强，通过阻燃剂、偶联剂和增韧剂调节其相容性，改善材料的高散热性能及阻燃性。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。

除有特别说明，本发明中用到的各种试剂、原料均为可以从市场上购买的商品或者可以通过公知的方法制得的产品。

实施例中所有份数和百分数除另有规定外均指质量。

实施例1

将石墨45份、环氧树脂65份、聚乙烯45份、乙烯-醋酸乙烯共聚物20份、氧化铝粉末60份、氧化镁8份、玻璃纤维12份在搅拌釜中进行搅拌均匀处理获得初混物，搅拌釜转速为1200rpm，搅拌时间为2小时，搅拌温度控制在100℃；所述石墨、氧化铝粉末、氧化镁的粒径均在10nm、玻璃纤维的粒径为20μm；

将阻燃剂2份、偶联剂2份、增韧剂2份添加至上述初混物中共混后，电子辐照交联改性制得导热浆料；搅拌釜转速为500rpm，搅拌时间为20min；所述偶联剂为硅烷偶联剂或铝酸酯偶联剂；所述阻燃剂为低聚磷酸铵、溴化聚苯乙烯、三氧化二锑的混合物，三者质量比为1:1:1；

所得导热浆料涂覆在基体表面，经过50℃烘干获得导热垫片；基材的厚度为30μm；导热浆料层的厚度为100μm。

实施例2

将石墨50份、环氧树脂30份、聚乙烯75份、乙烯-醋酸乙烯共聚物10份、氧化铝粉末70份、氧化镁5份、玻璃纤维15份在搅拌釜中进行搅拌均匀处理获得初混物，搅拌釜转速为1300rpm，搅拌时间为5小时，搅拌温度控制在110℃；所述石墨、氧化铝粉末、氧化镁的粒径均在50nm、玻璃纤维的粒径为10μm；

将阻燃剂1份、偶联剂3份、增韧剂1份添加至上述初混物中共混后，电子辐照交联改性制得导热浆料；搅拌釜转速为500rpm，搅拌时间为30min；所述偶联剂为硅烷偶联剂或铝酸酯偶联剂；所述阻燃剂为低聚磷酸铵、溴化聚苯乙烯、三氧化二锑的混合物，三者质量比为1:1:1；

所得导热浆料涂覆在基体表面，经过60℃烘干获得导热垫片；基材的厚度为10μm导热浆料层的厚度为100μm。

实施例3

将石墨30份、环氧树脂75份、聚乙烯30份、乙烯-醋酸乙烯共聚物30份、氧化铝粉末45份、氧化镁10份、玻璃纤维15份在搅拌釜中进行搅拌均匀处理获得初混物，搅拌釜转速为1500rpm，搅拌时间为3小时，搅拌温度控制在150℃；所述石墨、氧化铝粉末、氧化镁的粒径均在100nm、玻璃纤维的粒径为10μm；

将阻燃剂3份、偶联剂1份、增韧剂3份添加至上述初混物中共混后，电子辐照交联改性制得导热浆料；搅拌釜转速为1000rpm，搅拌时间为10min；所述偶联剂为硅烷偶联剂或铝酸酯偶联剂；所述阻燃剂为低聚磷酸铵、溴化聚苯乙烯、三氧化二锑的混合物，三者质量比为1:1:1；

所得导热浆料涂覆在基体表面，经过100℃烘干获得导热垫片；基材的厚度为20μm；导热浆料层的厚度为80μm。

对本发明所制备的导热垫片进行性能测试，本发明导热垫片的性能参数如下表1：

从上表可以看出，本发明实施例产品的导热系数高，说明其具有高导热性；拉伸强度大，说明韧性高；有焰燃烧时间长和内部燃烧的无焰时间短，说明其阻燃性强。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种导热垫片，其特征在于，位于热源和散热器之间，包括基体和涂覆在基体表面的导热浆料层；

所述导热浆料层，由石墨、环氧树脂、聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、氧化铝粉末、氧化镁、玻璃纤维、阻燃剂、偶联剂、增韧剂混合制备而成。

2.根据权利要求1所述的导热垫片，其特征在于，所述导热浆料层，按质量分数计，其中，石墨30～50份、环氧树脂30～75份、聚乙烯30～75份、乙烯-醋酸乙烯共聚物10～30份、氧化铝粉末45～70份、氧化镁5～10份、玻璃纤维10～15份、阻燃剂1～3份、偶联剂1～3份、增韧剂1～3份。

3.根据权利要求1所述的导热垫片，其特征在于，所述偶联剂为硅烷偶联剂或铝酸酯偶联剂。

4.根据权利要求1所述的导热垫片，其特征在于，所述阻燃剂为低聚磷酸铵、溴化聚苯乙烯、三氧化二锑的混合物，三者质量比为1:1:1。

5.根据权利要求1所述的导热垫片，其特征在于，所述环氧树脂为缩水甘油醚类环氧树脂或脂环族类环氧树脂中的一种。

6.根据权利要求1所述的导热垫片，其特征在于，所述石墨包括粒径为亚微米级的碳纳米管、石墨烯、碳纤维中的一种或多种。

7.根据权利要求1所述的导热垫片，其特征在于，所述石墨、氧化铝粉末、氧化镁的粒径均在10～100nm；玻璃纤维的粒径为5～20μm。

8.根据权利要求1所述的导热垫片，其特征在于，所述基材的厚度为10～30μm；

所述导热浆料层的厚度为20～100μm。

9.一种权利要求1～8任一所述导热垫片的制备方法，其特征在于，具体制备步骤如下：

1)将石墨、环氧树脂、聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、氧化铝粉末、氧化镁、玻璃纤维在搅拌釜中进行搅拌均匀处理获得初混物；

2)将阻燃剂、偶联剂、增韧剂添加至上述初混物中共混后，电子辐照交联改性制得导热浆料；

3)所得导热浆料涂覆在基体表面，经过烘干获得导热垫片。

10.根据权利要求9所述导热垫片的制备方法，其特征在于，所述制备方法的具体过程如下：

将石墨30～50份、环氧树脂30～75份、聚乙烯30～75份、乙烯-醋酸乙烯共聚物10～30份、氧化铝粉末45～70份、氧化镁5～10份、玻璃纤维10～15份在搅拌釜中进行搅拌均匀处理获得初混物，搅拌釜转速为1000～1500rpm，搅拌时间为1～5小时，搅拌温度控制在90～150℃；所述石墨、氧化铝粉末、氧化镁的粒径均在10～100nm、玻璃纤维的粒径为5～20μm；

将阻燃剂1～3份、偶联剂1～3份、增韧剂1～3份添加至上述初混物中共混后，电子辐照交联改性制得导热浆料；搅拌釜转速为500～1000rpm，搅拌时间为10～30min；所述偶联剂为硅烷偶联剂或铝酸酯偶联剂；所述阻燃剂为低聚磷酸铵、溴化聚苯乙烯、三氧化二锑的混合物，三者质量比为1:1:1；

所得导热浆料涂覆在基体表面，经过50～100℃烘干获得导热垫片；所述基材的厚度为10～30μm；所述导热浆料层的厚度为20～100μm。