CN111578764B - 一种高导热圆管散热件及其制作方法 - Google Patents

一种高导热圆管散热件及其制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于散热件技术领域，本发明提供了一种高导热圆管散热件的制作方法，包含如下步骤：以若干单向预浸料为原料制备圆环；将所述圆环沿轴线方向胶接成圆管；在所述圆管上制备通孔，得到带通孔圆管；在所述带通孔圆管的通孔处胶接铜销，即得高导热圆管散热件。本发明还提供了上述方法得到的高导热圆管散热件。本发明制备的高导热圆管散热件，不仅质量轻、高强高模、耐腐蚀，还具有沿径向的高导热特性，能充分发挥纤维的导热作用，同时，在轴向方向保持热流通过，能够有效地疏导热源产生的热量，防止热量集聚，提高圆管散热件的使用寿命。本发明的制作方法简单，适于批量生产，适合高温、高腐蚀、轻质、高强度的工作环境。

Description

一种高导热圆管散热件及其制作方法
技术领域
本发明涉及散热件技术领域,尤其涉及一种高导热圆管散热件及其制作方法。
背景技术
高导热沥青基碳纤维树脂基复合材料是一种新型材料，在特定方向上的导热率甚至达到500W/m·K，超过一般的钢铁及铝合金材料，不仅如此，其还具有复合材料的低密度、高刚度、高强度、耐腐蚀、耐磨损、抗阻尼等优异性能，且针对不同的产品结构形式具有较宽的性能可设计性(导热系数、模量、强度等)，近年来高导热沥青基碳纤维复合材料已经逐渐发展成社会不可或缺的材料。
在高温工作环境中，为了能够长时间的保持设备运转，设备的散热能力就成了一个影响其使用寿命的重要因素，而传统的导热材料与高导热沥青基碳纤维复合材料在同等导热能力下因为本身的质量大、不耐腐蚀等缺点而受到掣肘。
发明内容
本发明的目的在于为了克服现有技术的不足而提供一种高导热复合材料的典型结构，具体提供一种高导热圆管散热件及其制作方法。本发明制备的高导热圆管散热件，不仅质量轻、高强高模、耐腐蚀，还具有沿径向的高导热特性，能充分发挥纤维的导热作用，同时，在轴向方向保持热流通过，能够有效地疏导热源产生的热量，防止热量集聚，提高圆管散热件的使用寿命。本发明的制作方法简单，适于批量生产，适合高温、高腐蚀、轻质、高强度的工作环境。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种高导热圆管散热件的制作方法，包含如下步骤：
1)以若干单向预浸料为原料制备圆环；
2)将所述圆环沿轴线方向胶接成圆管；
3)在所述圆管上制备通孔，得到带通孔圆管；
4)在所述带通孔圆管的通孔处胶接铜销，即得高导热圆管散热件。
作为优选，所述单向预浸料包括中间相高导热沥青基碳纤维和树脂基体，所述单向预浸料中树脂基体的质量含量为20～40％。
作为优选，所述树脂基体为热固性树脂或热塑性树脂，所述热固性树脂为环氧树脂、双马树脂、氰酸酯树脂、苯并噁嗪树脂或热固性聚酰亚胺树脂，所述热塑性树脂为聚丙烯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚醚酮、聚醚醚酮或热塑性聚酰亚胺树脂。
作为优选，所述中间相高导热沥青基碳纤维的热导率为600～800W/m·K，丝束为1～6K。
作为优选，所述步骤1)为将12～30个单向预浸料围合成圆环状，然后进行热压形成圆环，所述圆环的高度为1～20mm。
作为优选，步骤2)所述胶接的试剂为导热粘结剂。
作为优选，步骤3)所述通孔的直径＜所述圆管的厚度。
作为优选，步骤3)所述通孔为8～25个，所述通孔的轴线与所述圆管的轴线平行。
作为优选，所述铜销的导热系数≥350W/m·K。
本发明还提供了一种高导热圆管散热件的制作方法得到的高导热圆管散热件。
本发明的有益效果包括以下几点：
1)本发明制备的圆管散热件导热性能好，具有沿径向的高导热特性，能充分发挥纤维的导热作用，同时在轴向方向保持热流通过，快速将热源产生的热量从芯部疏导出来，防止热量集聚，提高圆管散热件的使用寿命，满足高导热需求的散热场合，本发明的高导热圆管散热件导热系数可以达到428～468W/m·K，比纯铜401W/m·K的导热效果更强。
2)本发明的高导热圆管散热件质量轻，中间相高导热沥青基碳纤维使高导热圆管散热件具有高强高模的特性；树脂基体提高了高导热圆管散热件的耐腐蚀性能。
3)本发明的圆管散热件制备方法简单，适于批量生产，适合高温、高腐蚀、轻质、高强度的工作环境。
附图说明
图1为高导热圆管散热件的正视图，其中，1为铜销，2为单向预浸料；
图2为高导热圆管散热件的立体图，其中，1为铜销，2为单向预浸料，3为中间相高导热沥青基碳纤维。
具体实施方式
本发明提供了一种高导热圆管散热件的制作方法，包含如下步骤：
1)以若干单向预浸料为原料制备圆环；
2)将所述圆环沿轴线方向胶接成圆管；
3)在所述圆管上制备通孔，得到带通孔圆管；
4)在所述带通孔圆管的通孔处胶接铜销，即得高导热圆管散热件。
本发明所述单向预浸料优选包括中间相高导热沥青基碳纤维和树脂基体，所述单向预浸料中树脂基体的质量含量优选为20～40％，进一步优选为25～35％。
本发明所述树脂基体优选为热固性树脂或热塑性树脂，所述热固性树脂优选为环氧树脂、双马树脂、氰酸酯树脂、苯并噁嗪树脂或热固性聚酰亚胺树脂，所述热塑性树脂优选为聚丙烯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚醚酮、聚醚醚酮或热塑性聚酰亚胺树脂，所述环氧树脂进一步优选为中温环氧树脂。
本发明所述中间相高导热沥青基碳纤维的热导率优选为600～800W/m·K，进一步优选为650～750W/m·K；丝束优选为1～6K，进一步优选为3～5K。
本发明所述步骤1)优选为将12～30个单向预浸料围合成圆环状，进一步优选为15～25个，更优选为18～20个；所述圆环状优选进行热压形成圆环，所述热压优选为模压或热压罐成型；所述圆环的高度优选为1～20mm，进一步优选为2～18mm，更优选为5～15mm。
本发明所述热压优选根据树脂基体的具体树脂牌号设定工艺参数。
本发明步骤1)所述单向预浸料中碳纤维的方向优选设置为径向方向，即垂直于圆环的轴线方向；所述相邻单向预浸料的拼接缝优选≤1mm，进一步优选为≤0.8mm；所述相邻单向预浸料的拼接缝优选错开10～30°，进一步优选错开15～25°。
本发明步骤1)所述圆环中，纤维的体积分数优选为50～75％，进一步优选为55～65％，更优选为60％。
本发明步骤2)所述胶接的试剂优选为导热粘结剂，进一步优选为导热型环氧粘接剂，所述导热粘结剂的导热系数≥3W/m·K，进一步优选为≥5W/m·K；所述胶接完成后优选清洗残胶。
本发明步骤3)所述通孔的直径优选＜所述圆管的厚度。
本发明步骤3)所述通孔优选为8～25个，进一步优选为12～20个，更优选为15～18个；所述通孔优选均匀分布；所述通孔的轴线优选与所述圆管的轴线平行。
本发明步骤3)制备通孔后优选打磨掉残留的树脂基体和沥青基碳纤维碎屑，进一步优选用溶剂清洗通孔，使通孔内部沥青基碳纤维裸露出来，所述溶剂优选为丙酮。
本发明所述铜销的导热系数优选≥350W/m·K，进一步优选≥400W/m·K；所述铜销的直径优选与所述通孔的直径相同。
本发明还提供了一种高导热圆管散热件的制作方法得到的高导热圆管散热件。
本发明制备的圆管散热件导热性能好，具有沿径向的高导热特性，同时在轴向方向保持热流通过，能充分发挥纤维的导热作用，快速将热源产生的热量从芯部疏导出来，防止热量集聚，提高圆管散热件的使用寿命，满足高导热需求的散热场合。本发明制备的圆管散热件还具有质量轻、高强高模、耐腐蚀的优点，本发明的圆管散热件制备方法简单，适于批量生产，适合高温、高腐蚀、轻质、高强度的工作环境。
本发明的高导热圆管散热件的导热系数可以达到(428～468)W/m·K，比纯铜401W/m·K导热效果更强；质量轻，密度明显低于铜的密度8.96g/cm3，以及铝的密度2.7g/cm3；中间相高导热沥青基碳纤维使高导热圆管散热件具有高强高模的特性；树脂基体提高了高导热圆管散热件的耐腐蚀性能。
下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
将导热系数为600W/m·K，丝束为1K的中间相高导热沥青基碳纤维与中温环氧树脂(6249)复合预浸成树脂质量分数为20％的单向预浸料。将内径为100mm、外径为140mm的圆环等分成12个小块，将单向预浸料裁剪成小块的实际大小后按照圆周形式在模具内进行拼接，相邻的单向预浸料拼接缝隙为1mm，拼接缝隙错开成30°角。将拼接好的预浸料上真空热压机进行热压处理，热压压力为4MPa，真空压力为-0.098MPa。以3℃/min的升温速率升温至135℃保温2h固化成型，自然冷却至60℃后脱模取出，得到纤维体积分数为71.3％、高度为5mm的圆环。
将圆环用3W/m·K的导热粘结剂粘结成50mm高度圆管，在Φ120mm的圆管上沿圆管轴线方向制备均匀的12个通孔，通孔直径为7mm。在通孔处胶接Φ7mm，导热系数为400W/m·K的铜销，用导热粘结剂将铜销完全固定，即得高导热圆管散热件。
实施例1制备的高导热圆管散热件的导热系数可以达到428W/m·K；质量轻，密度明显低于铝和铜；高导热沥青基碳纤维和树脂的加入，使得高导热圆管散热件具有高强高模、耐腐蚀等优良性能。
实施例2
将导热系数为700W/m·K，丝束为3K的中间相高导热沥青基碳纤维与9518氰酸酯树脂复合预浸成树脂质量分数为25％的单向预浸料。将内径为170mm、外径为200mm的圆环等分成18个小块，将单向预浸料裁剪成小块的实际大小后按照圆周形式在模具内进行拼接，相邻的单向预浸料拼接缝隙为1mm，拼接缝隙错开成20°角。将拼接好的预浸料上真空热压机进行热压处理，热压压力为5MPa，真空压力为-0.099MPa。以5℃/min的升温速率升温至130℃保温0.5h后继续升温至160℃保温0.5h，之后以4℃/min的升温速率升温至200℃保温2h后，以3℃/min的升温速率升温至230℃恒温2h固化成型，自然冷却至60℃后脱模取出，得到纤维体积分数为64.8％、高度为4mm的圆环。
将圆环用4W/m·K的导热粘结剂粘结成40mm高度圆管，在Φ185mm的圆管上沿圆管轴线方向制备均匀的15个通孔，通孔直径为10mm。在通孔处胶接Φ10mm，导热系数为400W/m·K的铜销，用导热粘结剂将铜销完全固定，即得高导热圆管散热件。
实施例2制备的高导热圆管散热件的导热系数可以达到453W/m·K；质量轻，密度明显低于铝和铜；高导热沥青基碳纤维和树脂的加入，使得高导热圆管散热件具有高强高模、耐腐蚀等优良性能。
实施例3
将导热系数为800W/m·K，丝束为6K的中间相高导热沥青基碳纤维与QY9611双马树脂复合预浸成树脂质量分数为30％单向预浸料。将内径为200mm、外径为240mm的圆环等分成24个小块，将单向预浸料裁剪成小块的实际大小后按照圆周形式在模具内进行拼接，相邻的单向预浸料拼接缝隙为0.8mm，拼接缝隙错开成20°角。将拼接好的预浸料上真空热压罐进行热压处理，热压压力为5MPa，真空压力为-0.099MPa。以7℃/min的升温速率升温至120℃保温1h后以5℃/min的升温速率升温至185℃保温1h，继续以4℃/min的升温速率升温至200℃保温5h固化成型，自然冷却至60℃后脱模取出，得到纤维体积分数为58.5％、高度为10mm的圆环。
将圆环用4W/m·K的导热粘结剂粘结成100mm高度圆管，在Φ220mm的圆管上沿圆管轴线方向制备均匀的18个通孔，通孔直径为12mm。在通孔处胶接Φ12mm，导热系数为400W/m·K的铜销，用导热粘结剂将铜销完全固定，即得高导热圆管散热件。
实施例3制备的高导热圆管散热件的导热系数可以达到468W/m·K；质量轻，密度明显低于铝和铜；高导热沥青基碳纤维和树脂的加入，使得高导热圆管散热件具有高强高模、耐腐蚀等优良性能。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，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)

1.一种高导热圆管散热件的制作方法，其特征在于，包含如下步骤：
1）以若干单向预浸料为原料制备圆环；
2）将所述圆环沿轴线方向胶接成圆管；
3）在所述圆管上制备通孔，得到带通孔圆管；
4）在所述带通孔圆管的通孔处胶接铜销，即得高导热圆管散热件；
所述单向预浸料包括中间相高导热沥青基碳纤维和树脂基体，所述单向预浸料中树脂基体的质量含量为20~40%；
所述步骤1）为将12~30个单向预浸料围合成圆环状，然后进行热压形成圆环，所述圆环的高度为1~20mm；
步骤1)所述单向预浸料中碳纤维的方向设置为径向方向，即垂直于圆环的轴线方向。
2.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述树脂基体为热固性树脂或热塑性树脂，所述热固性树脂为环氧树脂、双马树脂、氰酸酯树脂、苯并噁嗪树脂或热固性聚酰亚胺树脂，所述热塑性树脂为聚丙烯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚醚酮、聚醚醚酮或热塑性聚酰亚胺树脂。
3.根据权利要求2所述的制作方法，其特征在于，所述中间相高导热沥青基碳纤维的热导率为600~800W/m·K，丝束为1~6K。
4.根据权利要求3所述的制作方法，其特征在于，步骤2）所述胶接的试剂为导热粘结剂。
5.根据权利要求4所述的制作方法，其特征在于，步骤3）所述通孔的直径＜所述圆管的厚度。
6.根据权利要求5所述的制作方法，其特征在于，步骤3）所述通孔为8~25个，所述通孔的轴线均与所述圆管的轴线平行。
7.根据权利要求6所述的制作方法，其特征在于，所述铜销的导热系数≥350W/m·K。
8.权利要求1~7任意一项所述的高导热圆管散热件的制作方法得到的高导热圆管散热件。
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