CN115073923A - 一种低比重高导热吸波垫片及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及导热吸波材料的技术领域，具体公开了一种低比重高导热吸波垫片及其制备方法。一种低比重高导热吸波垫片由包括如下重量百分比的原料制成：液态树脂8%～30%、导热填料20%～60%、吸波填料30%～60%、助剂0.29%～1.75%；所述导热填料中包括经过取向处理的片状氮化硼，片状氮化硼的片径为30～60μm；所述吸波填料包括球形粉体。本申请中选择了大片径氮化硼与特定形状的吸波材料复配使用，结合挤出取向技术，可在提高垫片导热性能和吸波性能方面存在协同增效的作用，导热吸波垫片可在比重2.8g/cm3下导热系数达到9.8 W/(m·K)，吸波性能达到25.3dB，实现导热性能和吸波性能的同时优化。
Description
技术领域
本申请涉及导热吸波材料的技术领域，更具体地说，它涉及一种低比重高导热吸波垫片及其制备方法。
背景技术
随着5G时代的来临，电子元器件向小尺寸、轻量化、高功能性方向发展。由于电子元器件的工作频率不断增加，其在有限的空间中发热量显著增加，从而导致温度骤升，对电子元器件的散热能力带来了极大的挑战。同时，电子元器件在工作时由于受到环境中的各种复杂高频电磁辐射，难以正常使用。因此，能够兼具优异导热性能和吸波性能的轻量化垫片在本领域中有着广泛的应用前景。
相关技术中，一般选择将导热填料、吸波填料与树脂共混，固化形成导热吸波垫片。然而，为了增加导热吸波垫片的导热能力和吸波能力，研发人员一般选择提高导热填料与吸波填料的填充量，但此方式存在如下问题：
由于导热吸波垫片的尺寸有限，其填充量也有限，因此，一旦增加导热填料的填充量势必导致吸波填料的填充量降低，即，增强导热吸波垫片的导热性能会导致其吸波性能降低，难以使得导热吸波垫片的导热性能和吸波性能同时提升。
发明内容
为了解决垫片无法同时使得导热性能和吸波性能提升的问题，本申请提供一种低比重高导热吸波垫片及其制备方法。
第一方面，本申请提供一种低比重高导热吸波垫片，采用如下的技术方案：
一种低比重高导热吸波垫片，由包括如下重量百分比的原料制成：
所述导热填料中包括经过取向处理的片状氮化硼，且所述片状氮化硼的片径为30～60μm；所述吸波填料包括球形粉体。
通过采用上述技术方案，氮化硼等导热填料通过取向处理，能够在液态树脂中呈现有序排列；大片径氮化硼与特定形状的吸波材料复配使用，在改善垫片导热性能和吸波性能方面存在协同增效的作用，其原理如下：大片径氮化硼经过取向后，可以获得较高的面内导热性能，并且其与吸波填料之间的接触面积增加，从而使得导热填料可以在较低填充量下也能够与吸波填料配合，形成完整的导热网络，导热吸波垫片的面内导热性能和面外导热性能均提高，导热吸波垫片的整体导热性能改善；
其次，由于氮化硼的片径较大，导致其填充量更小，从而可以增加吸波填料的填充量，以弥补导热填料的填充量，从而有效地提升了导热吸波垫片的吸波性能。基于此，本申请制得的垫片可以解决导热性能和吸波性能无法兼容的问题。
除此之外，氮化硼本身有较高的导热系数且有各向异性，通过取向技术可以在较低的填充量下达到较高的导热系数，可以有效地降低液态树脂的黏度，降低导热吸波垫片加工的难度系数；另一方面可以满足导热吸波垫片轻量化的发展需求。
优选的，所述导热填料中还包括球形氧化铝、片状氧化锌、球形氮化铝、片状碳化硅、球形氧化镁、球形氢氧化镁、碳纤维中的一种或多种。
优选的，所述导热填料为片状氧化锌和片状氮化硼，所述片状氧化锌和片状氮化硼的重量比为1:(0.82～1.31)。
优选的，所述片状氧化锌的尺寸为0.5～2μm。
通过采用上述技术方案，片状氧化锌能够与片状氮化硼配合，既能够进一步提高导热填料的填充量，又能协同取向，使得导热吸波垫片的导热性能提升。
可选的，所述吸波填料包括铁氧体、羰基铁、铁硅铝粉、羰基镍粉、导电纤维中的一种或多种。
可选的，所述吸波填料为球状羰基铁粉，所述球状羰基铁粉粒径0.5～10μm。
更优选的，所述球状羰基铁粉的粒径为5～10μm。
通过采用上述技术方案，优化吸波填料的尺寸与导热填料的尺寸，使得吸波填料与导热填料的尺寸差距较大，一方面可以增加导热填料的填充量，改善导热性能；另一方面可以使得导热吸波垫片内部结构复杂化，提高了电磁波在导热吸波垫片内部的反射和吸收能力，从而进一步改善导热吸波垫片的吸波性能。
可选的，所述液态树脂的黏度为50～2000mPa·s。
优选的，所述液态树脂的黏度为200～1000mPa·s。
通过采用上述技术方案，调整液态树脂的黏度，从而使得导热填料与吸波填料在液态树脂内的分散均匀性提高，进一步降低导热吸波垫片加工的难度系数。
本申请中液态树脂的选择包括但不限于硅油，硅油的选择包括但不限于端乙烯基硅油、端侧乙烯基硅油、二甲基硅油、端羟基硅油、苯基乙烯基硅油的一种或多种。
本申请中助剂包括但不限于交联剂、催化剂和抑制剂；
其中，交联剂在原料中的重量百分比为0.2％～1.5％，交联剂的选择包括但不限于端含氢硅油、侧含氢硅油、段端侧含氢硅油；
催化剂在原料中的重量百分比为0.08％～0.2％，催化剂的选择包括但不限于铂金催化剂。更优选的，铂金催化剂铂金的含量为2000ppm。
抑制剂在原料中的重量百分比为0.01％～0.05％，抑制剂的选择包括但不限于3,7,11-三甲基十二炔-3-醇、1-乙炔基环己醇、3,5-二甲基-1-己炔-3-醇、二乙二醇二乙烯基醚、3,6-二氧-1,8-辛二硫醇、马来酸二烯丙酯中的一种或多种。更优选的，抑制剂为3,7,11-三甲基十二炔-3-醇。上述助剂与液态硅油配套使用，可以提高导热吸波垫片轻量化程度和韧性。
第二方面，本申请提供一种低比重高导热吸波垫片的制备方法，采用如下的技术方案：
一种低比重高导热吸波垫片的制备方法，包括如下步骤：
混料：将液态树脂、导热填料、吸波填料与助剂共混，得到混合基体；
取向：对混合基体沿着氮化硼的轴向方向进行挤出取向，得到胚体；
成型：将胚体进行固化，得到低比重高导热吸波块；
切片：利用超声波切割机进行切片制得导热吸波垫片。
通过采用上述技术方案，导热吸波垫片的成型工艺简单，加工难度降低，且制得的导热吸波垫片可在比重2.8g/cm3下导热系数达到9.8W/(m·K)，导热性能优越，吸波性能可达到25.3dB，实现导热性能和吸波性能的同时优化。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、本申请中选择了大片径氮化硼与吸波材料复配使用，结合挤出取向技术，可在提高垫片导热性能和吸波性能方面存在协同增效的作用，导热吸波垫片可在比重2.5g/cm3下导热系数达到9.8W/(m·K)，导热性能优越，吸波性能可达到25.3dB，实现导热性能和吸波性能的同时优化。
2、本申请对导热填料的组成进行优化，以及通过调整导热填料、吸波填料的尺寸，可以对导热吸波垫片的导热性能和吸波性能进行进一步优化。
具体实施方式
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。
导热吸波垫片需要兼具优异的导热性能和吸波性能，具有广泛的使用前景。然而，在导热吸波垫片的发展过程中，导热吸波垫片朝向轻量化发展，导致了导热吸波垫片中导热填料和吸波填料的填充量降低，但同时导热吸波垫片又需要能够同时提高导热性能和吸波性能，三者之间存在的矛盾限制了导热吸波垫片的发展。
为了解决三者之间的矛盾，本申请人对导热吸波垫片中导热填料和吸波填料的形状以及垫片的生产工艺进行探究，发现：当氮化硼作为导热填料掺加时，选择大片径氮化硼(氮化硼片径范围为30～60μm)，对其进行取向处理。大片径氮化硼沿着其轴向方向进行有序排列，能够使得导热填料在较小的填充量下获得较高的面内导热性能；但取向技术对于球形吸波填料的排列状态几乎无影响，因此，导热填料与球形吸波填料的接触面积增加，导热填料可以在较低填充量下与吸波填料配合，形成完整的导热网络，导热吸波垫片的面内导热性能和面外导热性能均提高，导热吸波垫片的整体导热性能改善；
同时，基于导热填料和吸波填料的形状不同，导热吸波垫片内部的结构复杂；并且吸波填料可以增加填充量，以弥补导热填料的填充量的损失，使得导热吸波垫片中填料的掺加总量不变，可以显著改善导热吸波垫片的吸波性能，使得导热吸波垫片可以兼具优异的导热性能和吸波性能。从而成功解决技术问题。
实施例
若无特殊说明，本申请实施例和对比例的原料来源如下：
端乙烯基硅油的型号为CR-F23A；
端侧含氢硅油的型号为SY-20H-53H-015H。
实施例1
一种低比重高导热吸波垫片，各个原料按照重量百分比计：
按照如下步骤进行制备：
混料:将300mPa·s端乙烯基硅油、1μm片状氧化锌、50μm片状氮化硼、10μm球状羰基铁粉、端侧含氢硅油以及3,7,11-三甲基十二炔-3-醇加入到均质机里进行混合，均质机的转速为2000rpm，混合时间为8分钟，然后加入铂金含量为2000ppm铂金催化剂，继续混合5分钟得到混合基体。
取向：把混合基体置于直径为2mm挤出嘴的凝胶管中，装有混合基体的凝胶管置于均质机中，均质机以转数2000rpm，高速排泡5min，排除混合基体中的气泡；
再利用针筒式点胶机沿着氮化硼的轴向方向进行排序，堆叠在30×30×50mm的中空模具里，形成一个的胚体；
成型：将胚体放置在150℃烤箱中进行固化；
切片：利用超声波切割机进行切片制得2mm厚的导热吸波垫片。
实施例2-7
一种低比重高导热吸波垫片，与实施例1的区别点在于：导热填料的组成不同，具体组成如下表1所示。
表1.导热填料的组成不同
实施例8-10
一种低比重高导热吸波垫片，与实施例1的区别点在于：吸波填料的组成不同；具体组成如下：
实施例8中吸波填料为球状羰基铁粉的粒径为5μm；
实施例9中吸波填料为球状羰基铁粉的粒径为0.5μm；
实施例10中吸波填料为粒径为10μm的铁硅铝粉。
实施例11-14
一种低比重高导热吸波垫片，与实施例1的区别点在于：端乙烯基硅油的黏度不同，具体黏度如下：
实施例11中使用200mPa·s端乙烯基硅油等重量百分比的替换300mPa·s端乙烯基硅油；
实施例12中使用1000mPa·s端乙烯基硅油等重量百分比的替换300mPa·s端乙烯基硅油；
实施例13中使用50mPa·s端乙烯基硅油等重量百分比的替换300mPa·s端乙烯基硅油；
实施例14中使用2000mPa·s端乙烯基硅油等重量百分比的替换300mPa·s端乙烯基硅油。
实施例15-16
一种低比重高导热吸波垫片，与实施例1的区别点在于：导热吸波垫片中各原料的重量百分比不同，具体各原料的重量百分比如下表2所示。
表2.导热吸波垫片的各原料的重量百分比
| 实施例 | 实施例1 | 实施例15 | 实施例16 |
| 端乙烯基硅油/％ | 15 | 8 | 29.7 |
| 片状氧化锌/％ | 20 | 35.1 | 10 |
| 片状氮化硼/％ | 24.5 | 24.5 | 10 |
| 球状羰基铁粉/％ | 40 | 32 | 50 |
| 端侧含氢硅油/％ | 0.36 | 0.22 | 0.2 |
| 3,7,11-三甲基十二炔-3-醇/％ | 0.04 | 0.1 | 0.02 |
| 铂金催化剂/％ | 0.1 | 0.08 | 0.08 |
对比例
对比例1
一种垫片，与实施例1的区别点在于，导热填料的组成不同，本实施例中使用44.5wt％的1μm片状氧化锌替换20wt％1μm片状氧化锌、24.5wt％50μm片状氮化硼。
对比例2
一种垫片，与实施例1的区别点在于，导热填料的组成不同，本实施例中使用44.5wt％的1μm球状氧化铝替换20wt％1μm片状氧化锌、24.5wt％50μm片状氮化硼。
对比例3
一种垫片，与实施例1的区别点在于，导热填料的组成不同，本实施例中使用15wt％90μm片状氮化硼替换20wt％1μm片状氧化锌和24.5wt％50μm片状氮化硼，余量由300mPa·s端乙烯基硅油补足。
对比例4
一种垫片，与实施例1的区别点在于，导热填料的组成不同，本实施例中使用44.5wt％1μm片状氮化硼替换20wt％1μm片状氧化锌和24.5wt％50μm片状氮化硼。
对比例5
一种垫片，与实施例1的区别点在于，垫片的制备方法中无取向处理，具体操作如下：
混料:将300mPa·s端乙烯基硅油、1μm片状氧化锌、50μm片状氮化硼、25μm球状羰基铁粉、端侧含氢硅油以及3,7,11-三甲基十二炔-3-醇加入到均质机里进行混合，均质机的转速为2000rpm，混合时间为8分钟，然后加入铂金含量为2000ppm铂金催化剂，继续混合5分钟得到混合基体；
把混合基体直接通过硫化机压延2mm，放置在150℃烤箱中进行固化，冷却后得到无取向的导热吸波垫片。
性能检测试验
将实施例1-16以及对比例1-5制得的垫片样品按照如下方式检测：
比重：根据ASTM D792测试样品的比重，单位g/cm3；
导热性能：根据ASTM D5470测试样品的导热系数，单位W/(m·K)；
吸波性能：根据GB/T 1693-2007测试样品的吸波性能，单位dB。
检测结果
表3.实施例1-16和对比例1-3比重、导热、吸波性能的检测结果
结合实施例1、对比例1以表3可以看出，对比例1中使用同等重量百分比的片状氧化锌替换片状氮化硼作为导热填料，其导热系数仅为1.5W/(m·K)，而比重则由2.8g/cm3提升至3.5g/cm3，表明即使是用可以取向的导热填料，其片径改变以及种类的变化均对导热吸波垫片的导热性能影响显著。
结合实施例1、对比例2及表3可以看出，使用球状的导热填料反而使得导热吸波垫片的导热性能降低，其原因在于球状导热填料本身导热系数较低，且相同填充下取向技术对提升导热系数无明显帮助，从而导致导热吸波垫片的导热性能不佳。
结合实施例1、对比例3-4以及表3可以看出，不同片径的氮化硼虽然可以降低导热吸波垫片的比重，但当氮化硼的片径过大或者过小时，都不利于导热网络的形成，从而使得导热性能的提升有限。
结合实施例1、对比例5及表3可以看出，当不对导热填料进行取向时，导热填料之间的接触以及导热填料与吸波填料之间的接触较差，从而导致导热吸波垫片的导热性能显著降低。
结合实施例1、对比例1-5以及表3可以看出，将取向技术与特定尺寸和形状的导热填料以及吸波填料配合，可以显著提升导热吸波垫片的导热性能和吸波性能。
结合实施例1-5及表3可以看出，当导热填料、吸波填料的尺寸相差较大时，既有利于对导热吸波垫片的导热性能进行改善，又有利于对导热吸波垫片的吸波性能进行改善。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (10)
1.一种低比重高导热吸波垫片，其特征在于，由包括如下重量百分比的原料制成：
液态树脂 8%～30%
导热填料 20%～60%
吸波填料 30%～60%
助剂 0.29%～1.75%；
所述导热填料中包括经过取向处理的片状氮化硼，且所述片状氮化硼的片径为30～60μm；所述吸波填料包括球形粉体。
2.根据权利要求1所述的一种低比重高导热吸波垫片，其特征在于：所述导热填料中还包括球形氧化铝、片状氧化锌、球形氮化铝、片状碳化硅、球形氧化镁、球形氢氧化镁、碳纤维中的一种或多种。
3.根据权利要求2所述的一种低比重高导热吸波垫片，其特征在于：所述导热填料为片状氧化锌和片状氮化硼，所述片状氧化锌和片状氮化硼的重量比为1:(0.82～1.31)。
4.根据权利要求2所述的一种低比重高导热吸波垫片，其特征在于：所述片状氧化锌的尺寸为0.5～2μm。
5.根据权利要求1所述的一种低比重高导热吸波垫片，其特征在于：所述吸波填料包括铁氧体、羰基铁、铁硅铝粉、羰基镍粉、导电纤维中的一种或多种。
6.根据权利要求5所述的一种低比重高导热吸波垫片，其特征在于：所述吸波填料为球状羰基铁粉，所述球状羰基铁粉的粒径0.5～10μm。
7.根据权利要求6所述的一种低比重高导热吸波垫片，其特征在于：所述球状羰基铁粉的粒径为5～10μm。
8.根据权利要求1所述的一种低比重高导热吸波垫片，其特征在于：所述液态树脂的黏度为50～2000mPa•s。
9.根据权利要求8所述的一种低比重高导热吸波垫片，其特征在于，所述液态树脂的黏度为200～1000mPa•s。
10.权利要求1-9中任意一项所述的一种低比重高导热吸波垫片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
混料：将液态树脂、导热填料、吸波填料与助剂共混，得到混合基体；
取向：对混合基体沿着氮化硼的轴向方向进行挤出取向，得到胚体；
成型：将胚体进行固化，得到低比重高导热吸波块；
切片：利用超声波切割机进行切片制得导热吸波垫片。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210921105.5A CN115073923A (zh) | 2022-08-02 | 2022-08-02 | 一种低比重高导热吸波垫片及其制备方法 |
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|---|---|
| CN (1) | CN115073923A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116333498A (zh) * | 2022-11-23 | 2023-06-27 | 四川天邑康和通信股份有限公司 | 一种高导热吸波垫片及其制备方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN105754348A (zh) * | 2016-03-08 | 2016-07-13 | 安徽大学 | 一种低填充高导热的有机无机复合物 |
| US20170355894A1 (en) * | 2016-06-14 | 2017-12-14 | Nano And Advanced Materials Institute Limited | Thermally conductive composites and method of preparing same |
| CN110294939A (zh) * | 2019-06-04 | 2019-10-01 | 深圳市飞荣达科技股份有限公司 | 高导热吸波有机硅组合物及其制备方法 |
-
2022
- 2022-08-02 CN CN202210921105.5A patent/CN115073923A/zh active Pending
Patent Citations (3)
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