CN112210096B - 一种连续化生产高性能相变储热薄膜的方法 - Google Patents

一种连续化生产高性能相变储热薄膜的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及热管理技术领域,尤其涉及应用于电子产品如智能手机、电脑、电视、无人机、电池、电池极片组装及智能家居等设备的相变储热薄膜及其制备方法。具体为一种连续化生产高性能相变储热薄膜的方法,该方法主要包括:将基质、相变材料、添加剂进行破碎、造粒;利用易操作的工业化设备将原材料以一定的比例混合分散均匀;通过调节辊压的压力或间隙来生产不同厚度的高性能相变储热薄膜材料。本发明解决生产不同厚度的相变储热薄膜的难题,与传统的块体相变储热材料相比,更容易量产且推广程度更高,从而实现对高功率电子产品局部过热进行吸收并存储,已达到快速散热的效果,可大规模用于5G电子产品及其他需要快速散热的半成品及成品上。

Description

一种连续化生产高性能相变储热薄膜的方法
技术领域
本发明涉及热管理技术领域,尤其涉及应用于电子产品如智能手机、电脑、电视、无人机、电池、电池极片组装、LED模组及智能家居等设备的相变储热薄膜及其制备方法,具体公开了一种连续化生产高性能相变储热薄膜的方法。
背景技术
相变储热材料是利用物质相态变化时的潜热对能量进行存储的一种功能型材料,一般以基质材料和相变材料为原料制得,是一种具有广阔前景的储热材料,如解决能量在不同时间上的不匹配问题、解决电子器件上某个时刻的过热现象等。当热源温度高于相变温度时,相变材料利用相变潜热吸收热量并储存,把热源部件的温度维持在相变温度附近,从而实现对热源的温度进行控制。随着电子产品的迅猛发展,如智能手机、笔记本电脑、智能穿戴等电子设备,功率不断提高,局部产生的热量急剧增加。由于高功率电子设备的发展也对相应的电池提出了更高容量及快速充电的要求,以满足电子设备的稳定运行。目前,由于电子器件局部产生的高热量会对其可靠性运行带来非常不利的影响与极大的安全隐患;市面上大部分相变材料应用在高集成度电子设备(如智能手机、笔记本电脑、智能穿戴设备、无人机等)或电池及其极片卷材时采用了涂布的方式,但是生产效率很低,远不及采用贴装相变储热薄膜材料的方式效率高,但是目前的相变储热薄膜材料仍然非常稀缺,一个重要的原因是目前相变储热薄膜材料的生产多采用涂布的方法,首先将相变材料进行乳化或者分散于溶剂中,该工艺复杂且耗时长,并在涂布线烘箱中烘干成膜,所生产的相变储热薄膜材料性能较差,导致了较高的生产成本且产出了较差性能的相变储热薄膜材料的结果,所以,亟需开发一种低成本的、可连续化生产高性能相变储热薄膜的方法。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种连续化生产高性能相变储热薄膜的方法,该方法生产工艺简单、成本低、易产业化,解决制备高性能相变储热薄膜材料困难与满足高功率电子设备散热及快速降低发热源散热的需求。
本发明中的一种连续化生产高性能相变储热薄膜的方法,主要包括以下步骤:
(1)将用于生成相变储热材料的基质材料和相变材料混合均匀获得混合材料;
(2)将(1)获得的混合材料辊压成膜,获得相变储热薄膜。
进一步的,步骤(1)中所述的基质材料呈粉末状或均匀的颗粒状。
进一步的,步骤(1)中所述的相变材料呈粉末状或均匀的颗粒状。
进一步的,步骤(1)中,所述基质材料为天然橡胶、聚氨酯、丁苯橡胶、三元乙丙橡胶、顺丁橡胶、硅橡胶中的一种或几种的混合物,基质材料所占混合材料的质量分数为5~40%。
优选的,所述基质材料所占混合材料的质量分数为10~30%。
进一步的,步骤(1)中,所述相变材料为石蜡、微胶囊中的一种或两种的混合物,相变材料所占混合材料的质量分数为60~95%。
优选的,所述相变材料所占混合材料的质量分数为为70~90%。
进一步的,步骤(1)中还加入用于润滑的添加剂进行混合,所述添加剂占混合材料的质量分数为0~5%。
进一步的,所述添加剂为硬脂酸或煤焦油树脂。
进一步的,步骤(1)中采用的混合设备是开炼机、密炼机、捏合机中的一种或几种的组合;混合均匀的时间为5~200min。
优选的,混合均匀的时间为30~150min。
进一步的,混合的温度为20~90℃。
优选的,混合的温度为25~75℃。
进一步的,步骤(2)中,将混合材料辊压于PET薄膜、PET离型膜或尼龙布上以获得获得相变储热薄膜。
进一步的,步骤(2)中,PET薄膜厚度为25~110μm。
优选的,所述PET薄膜的厚度为50~110μm。
进一步的,所述尼龙布目数为200~1000目。
优选的,所述尼龙布目数400~1000目。
进一步的,在步骤(2)中,辊压的速度为0.5~10m/min,
优选的,辊压的速度为0.5~6m/min。
进一步的,步骤(2)中,成膜的厚度为30~2000μm。
本发明的另一目的是提供一种相变储热薄膜,由上述方法制得。
进一步的,所述相变储热薄膜的密度为0.7~0.95g/cm3
进一步的,所述相变储热薄膜的相变温度为32~50℃。
进一步的,所述相变储热薄膜的焓值为70~210J/g。
本发明的设计思想是:
本发明为一种快速、简单、高效且低成本生产高性能相变储热薄膜材料的方法,主要包括:将已经破碎/造粒的基质材料、相变材料(还可以加入用于润滑的添加剂)利用易操作的工业化设备以一定的比例混合分散均匀;通过调节辊压的压力或间隙来辊压成型不同厚度的高性能相变储热薄膜。制得的高性能相变储热薄膜可大规模用于5G电子产品及其他需要快速散热的半成品及成品上。
本发明的优点及有益效果是:
1、本发明直接采用分散的固体材料,利用类似压铸的原理,通过辊压的压力直接让固体原材料成膜,相对于液体原材料,固体材料调配简单,没有中间环节,只需要混合均匀即可,降低了工艺难度以及对工作环境的要求。
2、本发明可采用工业化的设备,生产线简单且易操作,可连续化生产高性能相变储热薄膜,降低了生产的成本且后续的模切加工容易,解决了相变储热薄膜工艺复杂的问题。
3、本发明的相变储热薄膜,可利用不同的基质(常见的有橡胶类、聚酯类或硅胶类基质)和不同相变材料(石蜡、相变微胶囊)作为原料,极大的扩宽了原材料的选择,降低原材料成本;可以根据应用场景需求来制备不同厚度的相变储热膜。
具体实施方式
在具体实施方式中,本发明的具体过程如下:
(1)利用造粒机度基质天然橡胶、聚氨酯、丁苯橡胶、三元乙丙橡胶、顺丁橡胶、硅橡胶中的一种或几种和石蜡进行破碎,形成均匀的颗粒状;天然橡胶所占的质量分数为5~40%,石蜡质量分数为60~95%;硬脂酸或煤焦油树脂作润滑用的添加剂加入,所占质量分数为0~5%。
(2)将基质、相变材料、添加剂进行混合,混合的时间为5~200min,优选为30~150min,混合的温度在20~90℃之间;随后将混合均匀的相变材料置于PET膜、PET离型膜或尼龙布上,进行辊压成膜,辊压的压力为0.5~10MPa,辊压速度为0.5~10m/min。所获得的相变储热薄膜厚度为30~2000μm,密度为0.7~0.95g/cm3,相变温度为32~50℃,焓值为70~160J/g。
可连接现有的设备(如搅拌设备、上下料设备、传送设备、辊压设备和收卷设备)进行简单集成形成生产线,实现连续生产高性能相变储热薄膜,产品本身也是连续的、可收卷的薄膜。
下面,通过具体实施例对本发明进一步详细描述。
实施例1
本实施例中,一种连续化生产高性能相变储热薄膜的方法如下:
利用造粒机分别对天然橡胶(基质)、石蜡(相变材料)进行破碎,形成均匀的颗粒状;天然橡胶所占的质量分数为30%,石蜡质量分数为67%,硬脂酸(添加剂)质量分数为3%。
将天然橡胶、石蜡、硬脂酸进行开炼,开炼的时间为100min,开炼的温度为40℃;随后将混合均匀的相变材料置于尼龙布上,进行辊压成膜,尼龙布目数为1000目,辊压的压力为5MPa,辊压速度为3m/min,温度为35℃。所获得的相变储热薄膜厚度为60μm,密度为0.8g/cm3,相变温度为37℃,焓值为90J/g。
实施例2
本实施例中,一种连续化生产高性能相变储热薄膜的方法如下:
利用造粒机分别对天然橡胶(基质)、聚氨酯(基质)、石蜡(相变材料)进行破碎,形成均匀的颗粒状;天然橡胶与聚氨酯所占的质量分数20%,天然橡胶与聚氨酯的比列为3:2,石蜡质量分数为76%,硬脂酸(添加剂)质量分数为4%。
将天然橡胶与聚氨酯、石蜡、硬脂酸进行开炼,开炼的时间为150min,开炼的温度为45℃;随后将混合均匀的相变材料置于PET上,进行辊压成膜,辊压的压力为8MPa,辊压速度为1m/min,温度为30℃。所获得的相变储热薄膜厚度为1000μm,密度为0.7g/cm3,相变温度为32℃,焓值为120J/g。
实施例3
本实施例中,一种连续化生产高性能相变储热薄膜的方法如下:
利用造粒机对基质丁苯橡胶(基质)、石蜡(相变材料)进行破碎,形成均匀的颗粒状;丁苯橡胶所占的质量分数10%,石蜡质量分数为90%。
将丁苯橡胶、石蜡进行开炼,开炼的时间为120min,开炼的温度为75℃;随后将混合均匀的相变材料置于PET上,进行辊压成膜,辊压的压力为10MPa,辊压速度为5m/min,温度为30℃。所获得的相变储热薄膜厚度为300μm,密度为0.9g/cm3,相变温度为48℃,焓值为140J/g。
实施例4
本实施例中,一种连续化生产高性能相变储热薄膜的方法如下:
利用造粒机对基质天然橡胶与三元乙丙橡胶及顺丁橡胶(基质)、石蜡(相变材料)、煤焦油树脂(添加剂)进行破碎,形成均匀的颗粒状;天然橡胶与三元乙丙橡胶及顺丁橡胶所占的质量分数19%,天然橡胶:三元乙丙橡胶:顺丁橡胶的比列为5:2:3,石蜡质量分数为80%,煤焦油树脂的质量分数为1%。
将天然橡胶与三元乙丙橡胶及顺丁橡胶、石蜡、添加剂进行开炼,开炼的时间为60min,开炼的温度为25℃,捏合时间为40min,捏合温度为40℃;随后将混合均匀的相变材料置于PET离型膜上,离型力为3g,进行辊压成膜,辊压的压力为0.5MPa,辊压速度为0.5m/min,温度为70℃。所获得的相变储热薄膜厚度为2000μm,密度为0.7g/cm3,相变温度为32℃,焓值为125J/g。
实施例5
本实施例中,一种连续化生产高性能相变储热薄膜的方法如下:
利用造粒机对基质天然橡胶与丁苯橡胶(基质)、石蜡(相变材料)、硬脂酸(添加剂)进行破碎,形成均匀的颗粒状;天然橡胶与丁苯橡胶所占的质量分数40%,天然橡胶:丁苯橡胶的比列为,石蜡质量分数为55%,硬脂酸的质量分数为5%。
将天然橡胶丁苯橡胶、石蜡、硬脂酸进行开炼,开炼的时间为60min,开炼的温度为35℃;随后将混合均匀的相变材料置于PET离型膜上,离型力为30g,进行辊压成膜,辊压的压力为4MPa,辊压速度为2m/min,温度为50℃。所获得的相变储热薄膜厚度为1200μm,密度为0.75g/cm3,相变温度为50℃,焓值为70J/g。
实施例6
本实施例中,一种连续化生产高性能相变储热薄膜的方法如下:
利用造粒机对基质硅胶、相变微胶囊进行破碎,形成均匀的颗粒状;硅胶所占的质量分数10%,相变微胶囊质量分数为90%。
将天然橡胶丁苯橡胶、石蜡、硬脂酸进行开炼,开炼的时间为80min,开炼的温度为25℃,密炼30min,密炼温度40℃,随后将混合均匀的相变材料置于PET离型膜上,离型力为150g,进行辊压成膜,辊压的压力为9MPa,辊压速度为4m/min,温度为40℃。所获得的相变储热薄膜厚度为800μm,密度为0.95g/cm3,相变温度为43℃,焓值为210J/g。
本发明的实施例1-6中,均可利用收卷装置将辊压成型的相变储热薄膜收卷成卷,并放置一段时间,使相变储热薄膜具有一定的强度,放置的时间为5-48h。本发明的实施例1-6中的石蜡可替换为相变微胶囊,或者石蜡与相变微胶囊的混合物。
本发明的实施例1-6中,可利用不同的基质(橡胶类、聚酯类、硅胶类)和不同相变材料(石蜡、相变微胶囊)作为原料,极大的扩宽了原材料的选择,降低原材料成本;本发明利用的设备为工业化设备,简单、易操作,可连续化生产高性能相变储热薄膜,降低了生产的成本且后续的模切加工容易,解决了相变储热薄膜工艺复杂的问题。生产出的高性能相变储热薄膜材料的密度为0.7~0.95g/cm3,相变温度为32~50℃,焓值为70~210J/g。

Claims (11)

1.一种连续化生产高性能相变储热薄膜的方法,其特征在于,主要包括以下步骤:
(1)将用于生成相变储热材料的基质材料和相变材料混合均匀获得混合材料,所述基质材料为天然橡胶、聚氨酯、丁苯橡胶、三元乙丙橡胶、顺丁橡胶、硅橡胶中的一种或几种的混合物,基质材料所占混合材料的质量分数为5~40%,所述相变材料为石蜡、微胶囊中的一种或两种的混合物,相变材料所占混合材料的质量分数为60~95%;
(2)将(1)获得的混合材料辊压成膜,获得相变储热薄膜;
所述的基质材料呈粉末状或均匀的颗粒状;
所述的相变材料呈粉末状或均匀的颗粒状;
步骤(2)中,将混合材料辊压于PET薄膜、PET离型膜或尼龙布上以获得获得相变储热薄膜;其中,混合的温度为20~35℃;在步骤(2)中,辊压的速度为0.5~6m/min;成膜的厚度为30~2000μm;直接采用分散的固体材料,利用类似压铸的原理,通过辊压的压力直接让固体原材料成膜。
2.根据权利要求1所述的连续化生产高性能相变储热薄膜的方法,其特征在于,所述基质材料所占的质量分数为为10~30%。
3.根据权利要求1所述的连续化生产高性能相变储热薄膜的方法,其特征在于,所述相变材料所占混合材料的质量分数为为70~90%。
4.根据权利要求1所述的连续化生产高性能相变储热薄膜的方法,其特征在于,步骤(1)中还加入用于润滑的添加剂进行混合,所述添加剂占混合材料的质量分数为0~5%。
5.根据权利要求4所述的连续化生产高性能相变储热薄膜的方法,其特征在于,所述添加剂为硬脂酸或煤焦油树脂。
6.根据权利要求1所述的连续化生产高性能相变储热薄膜的方法,其特征在于,步骤(1)中采用的混合设备是开炼机、密炼机、捏合机中的一种或几种的组合;混合均匀的时间为5~200min。
7.根据权利要求6所述的连续化生产高性能相变储热薄膜的方法,其特征在于,混合均匀的时间为30~150min。
8.一种相变储热薄膜,其特征在于,所述相变储热薄膜由权利要求1-7中任一所述的方法制得。
9.根据权利要求8所述的相变储热薄膜,其特征在于,所述相变储热薄膜的密度为0.7~0.95g/cm3
10.根据权利要求8所述的相变储热薄膜,其特征在于,所述相变储热薄膜的相变温度为32~50℃。
11.根据权利要求8所述的相变储热薄膜,其特征在于,所述相变储热薄膜的焓值为70~210J/g。
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