CN115802704A - 一种新型快速导热组件的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型快速导热组件的制备方法，涉及散热设备技术领域。本发明使用石墨烯材料结合导热管或均温板这类的相变化机制或零部件，取代熟知的金属散热片材料的设计，利用石墨烯材料的诸多优点，制备一种新型快速导热组件。使用石墨烯材料可以射出成型的优势，在设计导热组件时，在相关热点位置上预先埋入含有相变机制的热管或均温板，将石墨烯材料与相变机制结合，将指定位置的热量快速借由热管或均温板导出至石墨烯机壳或散热板上导出，并逸散至环境中散热，提升整体的散热性能，加上快速射出成型的石墨烯材料的机壳或散热板耐腐蚀的优异特性，且重量轻于金属材料，方便应用于各种形状的产品，应用局限性小。

Description

一种新型快速导热组件的制备方法

技术领域

本发明涉及散热设备技术领域，特别是涉及一种新型快速导热组件的制备方法。

背景技术

对于3C产品、LED灯具、电池模块以及光伏电池的发电和储电设备，都有一项共同的课题需要克服，即产品的散热问题。而随着电子元件产品的轻量化、便捷化要求不断提升，产品体积也越来越小，功能越来越丰富，集成的模块越来越多，对于产品的散热能力需求也越来越严峻。

常见的散热组件有金属片散热、导热硅片散热、氧化铝陶瓷等，一般是利用如铜、铝等金属或导热硅胶、氧化铝材质快速导热的性能将产品的中热量吸收并利用温度差将热量逸散到周围环境中。

而在很多领域中，为了产品的轻量化，也会用到塑料制成散热部件。

例如公开号为CN102954453A的中国专利公开的一种LED塑料散热器。包括塑料基材，所述塑料基材的上表面形成金属线路层，LED光源焊接于金属线路层上。塑料基材中间留有用于存放LED驱动电源的通孔，塑料基材的侧表面设有用于增强散热的肋片，塑料基材的侧表面的上、下端分别设有用于连接透镜和灯头的螺纹。

该种LED塑料散热器具有重量轻、加工方便、设计自由度大、绝缘性能好的优点，但是其导热率低，散热效果与金属散热器之间存在差距，只适合发热量小的产品进行散热，应用局限性较大。

发明内容

本发明针对上述技术问题，克服现有技术的缺点，提供一种新型快速导热组件的制备方法。

为了解决以上技术问题，本发明提供一种新型快速导热组件的制备方法。

技术效果：使用石墨烯材料可以射出成型的优势，在设计导热组件时，在相关热点位置上预先埋入含有相变机制的热管或均温板，将石墨烯材料与相变机制结合，将指定位置的热量快速借由热管或均温板导出至石墨烯机壳或散热板上导出，并逸散至环境中散热，提升整体的散热性能，加上快速射出成型的石墨烯材料的机壳或散热板耐腐蚀的优异特性，且重量轻于金属材料，方便应用于各种形状的产品，应用局限性小。

本发明进一步限定的技术方案是：一种新型快速导热组件的制备方法，包括如下步骤

S1：取定量石墨烯粉末和导热胶，将石墨烯粉末混合在加热熔融的导热胶内，搅拌均匀形成混合胶料；

S2：将熔融的混合胶料通过射出成型机注入模具射出成型，模具中指定位置预先放置有包含相变化机制的热管或均温板，混合胶料将热管或均温板包覆在内；

S3：静置模具使之自然冷却至常温状态后，开模、脱模、卸料得到半成品导热组件。

进一步的，步骤S2中的热管或均温板由现有热管或均温板制备工艺制得。

前所述的一种新型快速导热组件的制备方法，新型快速导热组件结合石墨烯的材料优点和相变化散热的优点制得。

本发明的有益效果是：

(1)本发明中，在已知的散热技术中，相变化散热是散热效果最佳的方案；为承载材料相变化产生的热量和体积变化形成的压力，目前的技术中一般采用铜、铝等金属材料与之配合使用，而本发明中通过相变材料与石墨烯材料的结合，以射出成型的方式生产设备的机壳或零部件，能够利用石墨烯材料极高的硬度提升机壳或零部件的机械性能，为配合相变化技术散热打下基础；同时石墨烯材料也具备极佳的导热性，且同等体积下，石墨烯材料的质量远小于金属材料，因此制作的机壳或零部件的体积更小，厚度更薄，强度更大，重量更轻，具有超轻、超强、超坚韧的特性，应用于各种电子产品和新能源设备的散热中，将兼具导热性和更小体积质量的优势，将会是目前散热的最佳解决方案；

(2)本发明中，在机壳或零件的预设位置放置热管或均温板，在射出成型后，能够将热管或均温板一体成型在机壳或零件内，而热管或均温板内提前注入相变材料，能够方便生产，防止后期注入过程中相变材料的泄露，解决难以封闭注入口的问题；同时热管与均温板的放置位置和大小经过计算，能够提供最佳的散热效果；

(3)本发明中，由石墨烯材料制成的热管或均温板，在其中开设容纳腔，容纳腔中注入复合相变材料，能够为复合相变材料的存储提供最佳的条件，由于石墨烯材料是已知的硬度最高的物质，因此在石墨烯材料内，复合相变材料产生的相态变化对热管或均温板产生的压力可以完全承受，提升了零件或机壳的使用寿命，且石墨烯材料极佳的导热率，能够保证相变材料的散热过程更为顺畅和快速；

(4)本发明中，在容纳腔中注入相变材料，并贴合在产品的发热部位，产品工作发热时，通过底座能够快速将热量传导至容纳腔中的相变材料内，相变材料通过相变化将温度传递至外部控件，能够在保证散热效果的同时减少相变材料的用量，减少生产成本；

(5)本发明结合石墨烯的材料优点和相变化散热的优点制得。导热组件整体更具备轻便性，具备良好的导热效果，另外材料的机械性能大大增强，保证了机壳和零部件的使用寿命。

附图说明

图1为本发明中框架式均温板的结构图；

图2为本发明中框架式均温板的纳腔示意图；

图3为本发明中板式均温板的结构图；

图4为本发明中框架式均温板的容纳腔示意图；

其中：1、底座；2、框架；3、容纳腔；4、散热鳍片。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图及具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一元件，它可以直接在另一元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一元件，它可以是直接连接到一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

本实施例提供的一种新型快速导热组件的制备方法，包括如下步骤

S1：取定量石墨烯粉末和导热胶，将石墨烯粉末混合在加热熔融的导热胶内，搅拌均匀形成混合胶料；

S2：将熔融的混合胶料通过射出成型机注入模具射出成型，模具中指定位置预先放置有包含相变化机制的热管或均温板，混合胶料将热管或均温板包覆在内；

S3：静置模具使之自然冷却至常温状态后，开模、脱模、卸料得到半成品导热组件。

步骤S2中的热管或均温板仍是由熟知的技术制成，以保证热管和均温板的使用稳定性。整个新型快速导热组件结合石墨烯的材料优点和相变化散热的优点制得。

在本发明中，石墨烯的添加量并非越多越好，对于石墨烯填料来说，占总体质量的15％左右能使混合材料达到最佳的导热率。当石墨烯填料的用量较少时，虽然能均匀分散在基料中，但彼此之间未能形成相互接触和相互作用，导热性提高不大；

当石墨烯填料用量较多时，石墨烯容易结团，导致石墨烯在基料中的分散不均匀，从而影响混合材料的导热性，同时也提升了生产成本。只有当石墨烯填料的用量在适宜程度时，填料之间才会形成接触和相互作用，在体系内形成类似网状或链状的结构形态，即形成导热网链。

本发明中，具有较高散热效率的关键还在于零件或机壳中预埋的热管或均温板。热管或均温板内均形成有容纳腔，容纳腔内注入的复合相变材料是提高散热效率的关键。复合相变材料通过其自身相态的变化进行热量的传递，能够以极快的速率将热量传导，从而实现快速散热的效果。

在本发明中，零件或机壳中预埋热管时，只需将热管等距埋设其中，即可达到良好的散热效果，整体结构简单，制作方便。热管可以由石墨烯材料制成，以具备最佳的导热性能，也可以由金属材料制成，牺牲一定的轻便性和导热性，达到优良的导热效率，同时整体生产成本较低。

当零件或机壳中预埋均温板时，有若干种均温板的结构可以使用。本发明中列举具有代表性的两种。

第一种如图1和图2所示，均温板包括平板状的底座1，底座1贴合在产品的发热源上。底座1上部凸出设置，形成框架2，框架2内中空形成容纳腔3。容纳腔3中注入有复合相变材料。同时在框架2的顶部还设有若干片灯具设置的散热鳍片4。

这种均温板在使用时，底部的底座1接触发热源，能够将热量传导致框架2内的复合相变材料中。通过复合相变材料的相态变化，将热量导入顶部位置，并通过若干个散热鳍片4将热量逸散，最后通过环境的温差将热量带走，完成散热过程。

第二种如图3和图4所示，同样包括贴合在产品发热源上的底座1。在此种结构中，容纳腔3开设在底座1内。底座1内形成有若干条回型通道，回型通道的大小从外之内依次减小，若干个回型通道同轴心分布。此结构中，回型通道即为容纳腔3，且在回型通道中注入复合相变材料。

底座1内的回型通道更靠近底座1的底面位置，能够方便将底座1上发热源内的热量进行传导。同样的，在底座1的上表面上设置有若干片散热鳍片4，散热鳍片4阵列设置，用于将热量分散传导。

这种均温板在使用时，底座1接触发热源，通过相态变化将热量传导至散热鳍片4进行分散导热，从而完成散热过程。该均温板的优势在于，相对第一种均温板，这种均温板的回型通道分布更加均匀，且第一种均温板的框架2内需要填充相变化材料，而该种均温板只需将相变材料填充至若干个回型通道内，能够在保证散热效果的同时节约相变材料的用量，从而减少生产成本。

以上两种均温板以及前述的热管在注入相变材料时，相变材料的体积均占容纳腔3容积的50～70％。如此设置是因为相变材料在导热时需要进行相态变化，留有足够的空间能够促进相态变化的发生，同时避免对均温板产生较大的压力，提升导热效果的同时，保证均温板和热管的使用寿命。

相变材料和导热组件的导热性能是评价其性能的重要指标。此处通过热常数分析仪分别测量石墨烯相变导热组件成品的导热系数。

测试方式，将石墨烯相变导热组件分别制成两组尺寸相同的圆片，圆片的尺寸为直径30mm，厚度10mm，通过热常数分析仪进行测量，每组测试两次，取平均值，测量结果如表1所示。

表1石墨烯相变导热组件的导热系数

由表1可知，加入石墨烯材料的混合材料，配合均温板或热管制成的机壳、零部件板，其导热系数大大提升，提升至1226W/m.K，是普通铜制散热板导热系数的三倍左右，说明该组件的导热性能大大增加，而其重量远小于相同体积下的金属散热设备,轻便度大大提升，体现了本发明中相变材料与石墨烯材料结合散热技术的优越性。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (3)

1.一种新型快速导热组件的制备方法，其特征在于，包括如下步骤

S1：取定量石墨烯粉末和导热胶，将石墨烯粉末混合在加热熔融的导热胶内，搅拌均匀形成混合胶料；

S2：将熔融的混合胶料通过射出成型机注入模具射出成型，模具中指定位置预先放置有包含相变化机制的热管或均温板，混合胶料将热管或均温板包覆在内；

S3：静置模具使之自然冷却至常温状态后，开模、脱模、卸料得到半成品导热组件。

2.根据权利要求1所述的一种新型快速导热组件的制备方法，其特征在于：所述步骤S2中的热管或均温板由现有热管或均温板制备工艺制得。

3.根据权利要求1所述的一种新型快速导热组件的制备方法，其特征在于：所述新型快速导热组件结合石墨烯的材料优点和相变化散热的优点制得。

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