CN114539778A - 一种应用于高宽频谱的导热吸波纳米级新型功能复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种应用于高宽频谱的导热吸波纳米级新型功能复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种应用于高宽频谱的导热吸波纳米级新型功能复合材料，包括58％‑62％的各粒径的导热氧化铝粉末、吸波粉的28‑30％、2‑3％的介质陶瓷粉、0.2‑0.5％的石墨烯、0.1‑0.2％的交联剂、0.05‑0.1％的固化剂、0.02‑0.05％的催化剂、0.01‑0.1％的固化延迟剂，以及余量的硅油载体。本发明的复合功能材料既导热又能对电磁波进行吸收，其具有良好的导热性，自带粘性的基体表面能完美地与热源芯片及散热器无缝贴合，形成良好导热通路，可以达到6.5W/m·K的导热性能；不同厚度的产品对对应不同频段内的高频无益电磁波实现规划性的可靠吸收与电磁删减。

Description

一种应用于高宽频谱的导热吸波纳米级新型功能复合材料及 其制备方法
技术领域
本发明涉及复合功能新材料技术领域，具体涉及一种应用于高宽频谱的导热吸波纳米级新型功能复合材料及其制备方法。
背景技术
随着高宽频电磁波技术，特别5G技术成熟与推广，高宽频电磁波技术的创新应用层出不穷，各行各业都在寻找与高宽频电磁波技术的结合点，其应用广度与深度得到了极大的增加。高宽频电磁波信号传输技术体现出了频率更高，频幅更宽，数据传输速率更快的特征。例如集成度更高的5G芯片，在这场伟大的通信技术革新历史洪流中，有着举足轻重的作用，而其高频信号的电磁干扰与其产生的热量是设计工程师们面对的棘手问题。解决好高频率、高集成度的芯片的电磁干扰与热量排散问题，是芯片使用的稳定性及寿命的关键所在。
传统的导热材料可以较好地实现热量的转移，但对芯片的电磁干扰无能为力；而传统的屏蔽材料在对电磁波进行抗干扰的同时由于其封闭性的特征却又影响热量的转移与消散。单一功能的材料难以同时解决电磁干扰与散热问题。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题就是提出一种应用于高宽频谱的导热吸波纳米级新型功能复合材料，以及该复合材料的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种应用于高宽频谱的导热吸波纳米级新型功能复合材料，其是以硅油为载体，填充微米级的氧化铝粉，吸波粉，介质陶瓷粉，同时辅以交联剂，固化剂，催化剂，在一定条件下进行压延固化，形成既导热又能对电磁波进行吸收的弹性体。
具体地，本发明的应用于高宽频谱的导热吸波纳米级新型功能复合材料，包括硅油载体、氧化铝粉、介质陶瓷粉、石墨烯、吸波粉、交联剂、固化剂、催化剂和固化延迟剂，其中：
所述各粒径的导热氧化铝粉末含量为58％-62％，包括粒径大小有2um，5um，其组分比例为1:9；
所述吸波粉为铁粉，含量为28-30％，其粒径D50为3.0-4.0um；
所述介质陶瓷粉含量为2-3％，粉体优选为沪本新材料科技(上海)有限公司的HB-PT001；本发明中也可以用其他市购的介质陶瓷粉代替。
所述石墨烯含量为0.2-0.5％，粒径为小于100nm；
所述交联剂含量为0.1-0.2％，交联剂选自二氯甲基三乙氧基硅烷(ND43)、N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)中的一种或两种；
所述固化剂含量为0.05-0.1％，所述固化剂为侧含氢硅油(聚甲基氢硅氧烷)；
所述催化剂含量为0.02-0.05％，所述催化剂为pt固化剂-信越铂金水CAT-PL-56；
所述固化延迟剂含量为0.01-0.1％，固化延迟剂选用1-乙炔基环己醇；
所述硅油载体含量为余量，补齐100％，硅油载体为上海精日新材粘度为100cp的VS-100L。
本发明的应用于高宽频谱的导热吸波纳米级新型功能复合材料制备方法，包含以下步骤：
S1.按照配比称取所需组分；
S2.将各组分放入搅拌容器内，常温常压下搅拌2min，转速25Hz；
S3.调整搅拌转速为49Hz，继续搅拌6min；
S4.抽真空，真空度为-0.06至-0.08MPa，转速49Hz，搅拌3min，取料；
S5.将入料放入压延机，产品压延后进入隧道炉固化，固化温度140℃，速度1.5m/min，固化时间7min。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
上述方案中，压延固化成型的复合功能材料既导热又能对电磁波进行吸收，其具有良好的导热性，自带粘性的基体表面能完美地与热源芯片及散热器无缝贴合，形成良好导热通路，可以达到6.5W/m·K的导热性能；不同厚度的产品对对应不同频段内的高频无益电磁波实现规划性的可靠吸收与电磁删减，例如厚度为0.8mm的复合材料可以对中心频率为26.0GHz的高频信号实现35.0dB的删减；厚度为0.6mm的复合材料可以对中心频率为32.0GHz的高频信号实现18.0dB的删减。这种将导热功能与电磁波的吸收功能复合的功能材料在军工、航空飞行器、轨道交通、电子通信，特别是当今的5G通讯中的对散热及抗电磁波干扰有着较高要求的场合有非常广阔的应用前景。
附图说明
图1为本发明实施例1的电磁删减测试的吸收曲线；
图2为本发明实施例2的电磁删减测试的吸收曲线；
图3为本发明实施例3的电磁删减测试的吸收曲线。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例进行详细描述。
本发明的一种应用于高宽频谱的导热吸波纳米级新型功能复合材料，包括硅油载体、氧化铝粉、吸波粉、介质陶瓷粉、石墨烯、交联剂、固化剂、催化剂和固化延迟剂，在硅油载体中加入对应量的氧化铝，吸波粉，石墨烯，介质陶瓷粉搅拌均匀，一定温度下，同时辅以催化剂的催化，交联剂与固化剂同时对硅油交联固化，将各种功能粉末均匀的与胶体结合，形成功能复合材料。其中：
所述各粒径的导热氧化铝粉末含量为58％-62％，包括粒径大小有2um，5um，其组分比例为1:9；
所述吸波粉为铁粉，含量为28-30％，其粒径D50为3.0-4.0um；
所述介质陶瓷粉含量为2-3％，粉体优选自泸本新材HB-PT001；
所述石墨烯含量为0.2-0.5％，粒径为小于100nm；
所述交联剂含量为0.1-0.25％，交联剂选自二氯甲基三乙氧基硅烷(ND43)、N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)中的一种或两种；
所述固化剂含量为0.05-0.1％，所述固化剂为侧含氢硅油(聚甲基氢硅氧烷)；
所述催化剂含量为0.02-0.05％，所述催化剂为pt固化剂-信越铂金水CAT-PL-56；
所述固化延迟剂含量为0.01-0.1％，固化延迟剂选用1-乙炔基环己醇；
所述硅油载体含量为余量，补齐100％，硅油载体为VS-100L。
以上各原料的具体选用是基于效果和成本的综合考虑选择的，因此，各原料的选择并不仅限于本申请中公开的信息。
本发明的应用于高宽频谱的导热吸波纳米级新型功能复合材料的制备方法，包含以下步骤：
S1.按照配比称取所需组分；
S2.将各组分放入搅拌容器内，常温常压下搅拌2min，转速25Hz；
S3.调整搅拌转速为49Hz，继续搅拌6min；
S4.抽真空，真空度为-0.06至-0.08MPa，转速49Hz，搅拌3min，取料；
S5.将入料放入压延机，产品压延后进入隧道炉固化，固化温度140℃，速度1.5m/min，固化时间7min。
实施例1
本实施例的应用于高宽频谱的导热吸波纳米级新型功能复合材料，包含2um粒径的导热氧化铝粉末含量为6.2％，5um粒径的导热氧化铝粉末含量为55.8％；吸波铁粉含量为30％；介质陶瓷粉含量为2.8％；石墨烯含量为0.3％；交联剂二氯甲基三乙氧基硅烷(ND43)含量为0.12％；固化剂侧含氢硅油(聚甲基氢硅氧烷)含量为0.08％；催化剂信越铂金水CAT-PL-56含量为0.04％；固化延迟剂1-乙炔基环己醇含量为0.03％；硅油载体VS-100L含量为余量，总量为100％。
实施例2
本实施例的应用于高宽频谱的导热吸波纳米级新型功能复合材料，包含2um粒径的导热氧化铝粉末含量为6.0％；包含5um粒径的导热氧化铝粉末含量为54％；吸波铁粉含量为29.5％；介质陶瓷粉含量为3.0％；石墨烯含量为0.3％；交联剂二氯甲基三乙氧基硅烷(ND43)含量为0.2％；固化剂侧含氢硅油(聚甲基氢硅氧烷)含量为0.08％；催化剂信越铂金水CAT-PL-56含量为0.04％；固化延迟剂1-乙炔基环己醇含量为0.03％；硅油载体VS-100L含量为余量，总量为100％。
实施例3
本实施例的应用于高宽频谱的导热吸波纳米级新型功能复合材料，包含2um粒径的导热氧化铝粉末含量为6.2％；包含5um粒径的导热氧化铝粉末含量为55.8％；吸波铁粉含量为29.8％；介质陶瓷粉含量为2.5％；石墨烯含量为0.3％；交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)含量为0.25％；固化剂侧含氢硅油(聚甲基氢硅氧烷)含量为0.08％；催化剂信越铂金水CAT-PL-56含量为0.04％；固化延迟剂1-乙炔基环己醇含量为0.03％；硅油载体VS-100L含量为余量，总量为100％。
本发明产品的固化条件：有氧状态下，固化温度140℃，速度1.5m/min，固化时间7min。
对产品测试：
一、电磁删减(吸波效能)测试
测试样品的尺寸：W180mm*L180mm*T0.8mm
样品状态：板材固态
测试频率：18-40GHz
极化方式：VV
测试条件：温度21℃，湿度46％；
测试设备：吸波材料反射率弓形法扫频测量系统(远场)；
测试标准：GJB 2038A-2011。
测试结果如图1～3所示。
二、导热系数测试
测试样品：W60mm*L60mm*T2.0mm
测试设备：DRL-III(热流法)；
环境条件：温度：22.8℃，湿度：54％RH；
测试标准：ASTMD5470-12；
测试结果：
测试样品 导热系数
实施例1 6.506W/m·K
实施例2 6.396W/m·K
实施例3 6.416W/m·K
三、产品弹性测试
将实施例1～3的产品用ShoreOO硬度测试仪(型号HT-6510OO)进行测试，硬度分别为79.9、81.4、79.5。
结论：
1.如图1～3所示，该发明的导热吸波材料T0.8mm的中心频率26.0GHz，对应的删减值可达35dB，有效适用频率为24.5GHZ-33.0GHz，有效频宽为8.5GHz。值得说明的是，其他厚度产品的中心频段会有变化，删减值也会变动，0.8mm的厚度产品是实现删减值比较好的厚度，同时该厚度产品主要针对的是高频段电磁波的吸收。
2.该发明的导热吸波材料导热系数可达6.506W/m·K。
3、本发明的符合材料硬度适中，ShoreOO硬度测试仪测试数据在80左右。
上述实施例是具有代表性的生产案例，对上述实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种应用于高宽频谱的导热吸波纳米级新型功能复合材料，其特征在于，包括如下百分含量的组分：
58％-62％的各粒径的导热氧化铝粉末、28-30％的吸波粉、2-3％的介质陶瓷粉、0.2-0.5％的石墨烯、0.1-0.2％的交联剂、0.05-0.1％的固化剂、0.02-0.05％的催化剂、0.01-0.1％的固化延迟剂，以及余量的硅油载体。
2.根据权利要求1所述的应用于高宽频谱的导热吸波纳米级新型功能复合材料，其特征在于，所述各粒径的导热氧化铝粉末包括粒径大小有2um，5um，其组分比例为1:9。
3.根据权利要求1所述的应用于高宽频谱的导热吸波纳米级新型功能复合材料，其特征在于，所述吸波粉为铁粉，其粒径D50为3.0-4.0um，石墨烯粒径小于100nm。
4.根据权利要求1所述的应用于高宽频谱的导热吸波纳米级新型功能复合材料，其特征在于，介质陶瓷粉为泸本新材HB-PT001。
5.根据权利要求1所述的应用于高宽频谱的导热吸波纳米级新型功能复合材料，其特征在于，交联剂选自二氯甲基三乙氧基硅烷、N,N-亚甲基双丙烯酰胺中的一种或两种。
6.根据权利要求1所述的应用于高宽频谱的导热吸波纳米级新型功能复合材料，其特征在于，所述催化剂为信越铂金水CAT-PL-56。
7.根据权利要求1所述的应用于高宽频谱的导热吸波纳米级新型功能复合材料，其特征在于，所述固化剂为侧含氢硅油。
8.根据权利要求1所述的应用于高宽频谱的导热吸波纳米级新型功能复合材料，其特征在于，固化延迟剂为1-乙炔基环己醇。
9.根据权利要求1所述的应用于高宽频谱的导热吸波纳米级新型功能复合材料，其特征在于，硅油载体为VS-100L。
10.根据权利要求1-9任一项所述的应用于高宽频谱的导热吸波纳米级新型功能复合材料的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：
S1.按照配比称取所需组分；
S2.将各组分放入搅拌容器内，常温常压下搅拌2min，转速25Hz；
S3.调整搅拌转速为49Hz，继续搅拌6min；
S4.抽真空，真空度为-0.06至-0.08MPa，转速49Hz，搅拌3min，取料；
S5.将入料放入压延机，产品压延后进入隧道炉固化，固化温度140℃，速度1.5m/min，固化时间7min。
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