CN117754893A - 一种导热垫片的制备方法及制备装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种导热垫片的制备方法及制备装置，其中，导热垫片的制备方法包括步骤S01至步骤S04；步骤S01为形成多个间隔分布的取向柱；步骤S02为将碳纤维丝沿取向柱高度方向在多个取向柱之间交错缠绕形成多层结构，得到高度取向的碳纤维；步骤S03为将高度取向的碳纤维丝置于容置腔室内；步骤S04为向具有高度取向碳纤维丝的容置腔室内加入硅胶，并进行固化。本发明的一种导热垫片的制备方法及制备装置用于提高导热垫片的导热系数。

Description

一种导热垫片的制备方法及制备装置

技术领域

本发明涉及导热垫片技术领域，尤其涉及一种导热垫片的制备方法及制备装置。

背景技术

目前，多数电子器件正朝向小型化发展，且电子器件要求的处理能力越来越高，其功率密度越来越大，产生的热量也越来越高，因此电子器件的导热材料的选择变得越来越重要。导热硅材质具有出色的散热能力，常被作为导热材料应用于通讯、消费电子、新能源、光伏等各种领域。

导热硅材料在不同的应用场景中可能采用不同的形式，例如采用硅胶、凝胶、垫片、相变、吸波等形式。其中，导热垫片为现有一种常用导热材料形式，常规的导热垫片的导热系数一般在10W/m·K。

现有技术中也存在对碳纤维等功能性填料进行取向后，与硅胶组合形成导热垫片的形式，其可以提高导热垫片的导热系数。现有对碳纤维进行取向方式一般为将短切碳纤维分散到硅胶中，之后通过磁场取向、电场取向、流道取向、拉伸或挤压取向等方式对碳纤维进行取向。例如专利号为CN112712944B的中国发明专利公开了高导热绝缘垫片，其通过具有碳纤维的功能性填料进行机械挤压取向，以提高导热垫片的导热系数，但这种方式制备的导热垫片的导热系数基本都在20W/m·K以下。随着电子器件的小型化发展，对导热垫片的导热系数提出了更高的需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种导热垫片的制备方法及制备装置，用于提高导热垫片的导热系数。

本发明的目的采用以下技术方案实现：

一种导热垫片的制备方法，包括：

步骤S01：形成多个间隔分布的取向柱；

步骤S02：将碳纤维丝沿取向柱高度方向在多个取向柱之间交错缠绕形成多层结构，得到高度取向的碳纤维丝；

步骤S03：将高度取向的碳纤维丝置于容置腔室内；

步骤S04：向具有高度取向碳纤维丝的容置腔室内加入硅胶，并进行固化。

优选地，所述步骤S01中，至少部分取向柱形成第一绕线单元和第二绕线单元，所述第一绕线单元和第二绕线单元沿第一方向间隔分布，且第一绕线单元和第二绕线单元均包括沿第二方向依次间隔排列的多个取向柱；所述第一方向与所述第二方向的夹角为80-100°；

所述步骤S02中，所述碳纤维丝在第一绕线单元和第二绕线单元之间交错缠绕，并沿取向柱的高度方向形成多层结构。

优选地，所述第一绕线单元和所述第二绕线单元在第二方向上具有相对的第一端和第二端；

所述步骤S02中，每层所述碳纤维丝均自第一端延伸至第二端，并自第二端延伸回第一端。

优选地，所述步骤S02中，所述碳纤维丝自第一绕线单元中的一个取向柱延伸至第二绕线单元中的一个取向柱，并自第二绕线单元中的一个取向柱延伸至第一绕线单元中的另一取向柱，依次重复；所述碳纤维丝依次经过的所述取向柱，在沿第二方向上依次间隔分布。

优选地，碳纤维丝缠绕形成的高度为20-300mm。

优选地，所述碳纤维丝的表面带有羟基、羧基、酯基、或酮官能团结构；

和/或，所述碳纤维丝由1000-12000根单丝捆束形成，所述单丝的直径为0.1-10μm。

优选地，所述硅胶的组分按重量份计包括：主体硅油15-75份，助剂0.3-3份，交联剂0.5-15份，抑制剂0.1-0.6份，催化剂0.1-0.6份。

优选地，所述步骤S04中，所述主体硅油包括乙烯基硅油、苯基乙烯基硅油、丙烯酸酯改性硅油、环氧改性硅油中的一种或多种；

所述助剂包括硅烷偶联剂、烷基甲氧与乙氧基硅油混合物、乙烯基甲氧与乙氧基硅油混合物、甲基甲氧与乙氧基硅油混合物中的一种或多种；

所述交联剂包括含氢硅油、苯基含氢硅油中的一种或多种；

所述抑制剂包括硫化合物、含氮化合物、含磷化合物、金属盐、氧化物、炔醇类化合物中的一种或多种；

所述催化剂包括铂金催化剂、胺类催化剂、酸类催化剂、光催化剂、偶氮类催化剂、过氧类催化剂中的一种或多种。

优选地，所述步骤S04中，对容置腔室内的硅胶以及碳纤维丝混合物固化的方式为：在真空度-0.1-0.1Mpa、温度25-160℃的条件下，和/或在紫外光波段190-410nm的条件下，固化5-60min。

优选地，还包括步骤S05，按所需尺寸切裁固化后得到的半成品；

对半成品进行裁切的温度为-50-50℃，裁切速度为0.5-30mm/s，裁切力度为0.5-50Mpa，裁切刀具刀口倾角为0-45°。

一种导热垫片的制备装置，用于上述任意一种的导热垫片的制备方法制备导热垫片；

所述制备装置包括底板以及多个取向柱，多个所述取向柱安装于所述底板，且所述取向柱的高度方向与所述制备装置的高度方向平行。

优选地，至少部分取向柱形成第一绕线单元和第二绕线单元，所述第一绕线单元和所述第二绕线单元设置在所述底板的沿长度方向的相对两端，且第一绕线单元和第二绕线单元均包括沿所述底板的宽度方向依次间隔排列的多个取向柱。

优选地，所述取向柱的直径为1-10mm、高度为20-300mm；所述第一绕线单元和/或所述第二绕线单元中包括5-400个取向柱，相邻取向柱之间的间隙为0.5-10mm。

优选地，所述制备装置还包括多个侧板，所述侧板与所述底板的侧边连接，且多个所述侧板与所述底板围成一端开口的容置腔室；所述侧板的高度为20-310mm。

与现有技术相比，本发明的有益效果至少包括：

通过将碳纤维在多个取向柱之间交错缠绕并进行高度取向，使得在多个取向柱之间的碳纤维的取向度较高，碳纤维的取向度与导热系数成正比，通过提高碳纤维的取向度，即可提高采用该碳纤维制备形成的导热垫片的导热系数。

通过对碳纤维丝进行表面处理，引入羟基等官能团。硅胶中的助剂也可以作为相容剂，与碳纤维丝表面的官能团反应，以促进碳纤维与硅胶之间的化学键合，提高碳纤维丝与硅胶的相容性；此外，官能团与助剂反应后，也可以提高碳纤维的疏水性。

附图说明

图1是本发明实施例的导热垫片的制备方法的流程图；

图2是本发明实施例的底板与取向柱的俯视图；

图3是本发明实施例的碳纤维丝在第一端延伸第二端后与底板和取向柱的连接状态示意图；

图4是本发明实施例的碳纤维丝在第二端延伸第一端后与底板和取向柱的连接状态示意图。

图中：1、取向柱；11、第一取向柱；12、第二取向柱；13、第三取向柱；14、第四取向柱；15、第五取向柱；16、第六取向柱；17、第七取向柱；18、第八取向柱；19、第九取向柱；20、第十取向柱；2、底板；3、第一绕线单元；31、第一端；32、第二端；4、第二绕线单元；5、碳纤维丝。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明更全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略对它们的重复描述。

本发明中所描述的表达位置与方向的词，均是以附图为例进行的说明，但根据需要也可以做出改变，所做改变均包含在本发明保护范围内。

参照图1，本发明提供了一种导热垫片的制备方法，包括步骤S01至步骤S04，还可以包括步骤S05。导热垫片的制备方法具体包括：

步骤S01：形成多个间隔分布的取向柱1；

步骤S02：将碳纤维丝5沿取向柱1高度方向在多个取向柱1之间交错缠绕形成多层结构，得到高度取向的碳纤维丝5；

步骤S03：将高度取向的碳纤维丝5置于容置腔室内；

步骤S04：向具有高度取向碳纤维丝5的容置腔室内加入硅胶，并进行固化。

步骤S05：按所需尺寸切裁固化后得到的半成品。

参照图2，上述步骤S01中，可以选用制备装置形成多个取向柱1。制备装置可以包括底板2和多个取向柱1。多个取向柱1安装于底板2，且取向柱1的高度方向与制备装置的高度方向平行。至少部分取向柱1形成第一绕线单元3和第二绕线单元4，第一绕线单元3和第二绕线单元4沿第一方向间隔分布，且第一绕线单元3和第二绕线单元4均包括沿第二方向依次间隔排列的多个取向柱1。优选地，第一绕线单元3和第二绕线单元4中的取向柱1数量相同，且第一绕线单元3与第二绕线单元4在沿第二方向上的位置相同。其中，第一方向与第二方向的夹角可以为80-100°，优选为90°。具体地，第一方向可以为底板2的长度方向，第二方向可以为底板2的宽度方向。

在一些优选方式中，全部取向柱1形成第一绕线单元3和第二绕线单元4。但当需要形成与第一绕线单元3平行且结构类似的第三绕线单元时，或其他更多数量的绕线单元时，也可以为部分取向柱1形成第一绕线单元3和第二绕线单元4，其他取向柱1用于形成其他绕线单元。

在一些具体实施方式中，底板2可以为长100-3000mm、宽50-3000mm的矩形板，底板2可以采用金属铸造，例如采用钢铸造。取向柱1可以铁制的圆柱。第一绕线单元3和第二绕线单元4中取向柱1的数量可以为5-400个，每个取向柱1的直径可以为1-10mm、高度可以为20-300mm。第一绕线单元3和第二绕线单元4中沿第二方向上相邻的两个取向柱1之间的间隙为0.5-10mm；其中，第一绕线单元3和第二绕线单元4中沿第二方向上相邻的两个取向柱1优选为等间隔分布，且第一绕线单元3和第二绕线单元4在沿第二方向上，居中设置于底板2。此外，第一绕线单元3和第二绕线单元4中取向柱1的直径、高度、数量可以均相同。第一绕线单元3和第二绕线单元4在第一方向上的间隙可以为底板2长度尺寸的0.85-0.95倍。

底板2的长度和宽度可以根据所需制备的半成品的尺寸进行选择，例如，所需制备的半成品长和宽与底板2的长和宽相同。在一些具体实施方式中，半成品沿其长度方向被切割为多个导热垫片，因此半成品的宽与导热垫片的宽相关，故而底板2的宽一般由所需制备的导热垫片的宽决定。底板2的长可以根据碳纤维的取向度相关，底板2的长度越长，碳纤维的取向度越高。沿第二方向上相邻取向柱1之间的间隙也可以与碳纤维的取向度有关，沿第二方向上相邻取向柱1之间的间隙越小，碳纤维的取向度越高；同时，沿第二方向上相邻取向柱1之间的间隙也需要确保大于碳纤维丝的直径，以便于碳纤维丝的缠绕。

上述步骤S02中，碳纤维丝5可以在第一绕线单元3和第二绕线单元4之间交错缠绕，并沿取向柱1的高度方向形成多层结构，以形成高度取向的碳纤维丝5。例如，第一绕线单元3和第二绕线单元4在第二方向上具有相对的第一端31和第二端32，每层碳纤维丝5均自第一端31延伸至第二端32，并自第二端32延伸回第一端31，之后按此方式，在另一高度上再次形成一层碳纤维丝5结构，依次类推。具体地，碳纤维丝5自第一绕线单元3中的一个取向柱1延伸至第二绕线单元4中的一个取向柱1，并自第二绕线单元4中的一个取向柱1延伸至第一绕线单元3中的另一取向柱1，依次重复，以形成一层碳纤维丝5结构，在形成一层碳纤维丝5结构后，碳纤维丝5延伸至下一取向柱1时，与下一取向柱1的另一高度处连接，以开始另一层碳纤维丝5的绕制，依次重复，形成多层结构。碳纤维丝5依次经过的取向柱1，在沿第二方向上依次间隔分布。其中，高度取向的碳纤维丝5的高度可以与取向柱1的高度相同或略低于取向柱1的高度，高度取向的碳纤维丝5的高度可以为20-300mm。每次碳纤维丝5之间沿取向柱1高度方向上的间距可以为1-10mm。

在一些具体实施例中，第一绕线单元3可以包括5个取向柱1，分别为沿第二方向依次设置的第一取向柱11、第二取向柱12、第三取向柱13、第四取向柱14和第五取向柱15。第二绕线单元4可以包括5个取向柱1，分别为沿第二方向依次设置的第六取向柱16、第七取向柱17、第八取向柱18、第九取向柱19和第十取向柱20，其中，第一绕线单元3中的相邻的取向柱1之间的间距与第二绕线单元4中相邻取向柱1之间的间距相同，且第一取向柱11和第六取向柱16在沿第二方向上位置相同。

以此为例，对一层碳纤维丝5的绕制过程进行详细介绍：参照图3，碳纤维丝5先自第一取向柱11沿同一高度延伸至第七取向柱17、绕第七取向柱17沿同一高度延伸至第三取向柱13、绕第三取向柱13沿同一高度延伸至第九取向柱19、绕第九取向柱19沿同一高度延伸至第五取向柱15、绕第五取向柱15沿同一高度延伸至第十取向柱20，完成碳纤维丝5自第一端31延伸至第二端32。参照图4，碳纤维丝5自第一端31延伸至第二端32后，碳纤维丝5沿第十取向柱20沿同一高度延伸至第四取向柱14、沿第四取向柱14沿同一高度延伸至第八取向柱18、沿第八取向柱18沿同一高度延伸至第二取向柱12、沿第二取向柱12沿同一高度延伸至第六取向柱16、沿第六取向柱16沿同一高度延伸至第一取向柱11，完成碳纤维丝5自第二端32延伸至第一端31，并完成一层碳纤维丝5的绕制。当绕制下一次碳纤维丝5时，则在第一取向柱11延伸至第七取向柱17的另一高度，重复上述绕制过程。

在一些优选实施方式中，步骤S02中，还可以包括对碳纤维丝5进行处理，以使碳纤维丝5的表面带有羟基、羧基、酯基、或酮等官能团结构，之后采用处理后的碳纤维丝5进行高度取向作业。优选地，碳纤维丝5的表面带有羟基，对碳纤维丝5的表面处理方式可以为在1重量份的98％浓度的浓硫酸中加入20重量份的去离子水，充分混合并冷却至室温后，再加入10重量份的双氧水，充分混合后得到硫酸双氧水混合溶液。将碳纤维丝5放入硫酸双氧水混合溶液中，加热80℃下反应30分钟，之后加热至140℃反应10分钟，得到表面带有羟基的碳纤维丝5。此外，在需要使碳纤维丝5的表面带有羧基时，可以配置硝酸-硫酸混合液，之后将碳纤维丝5放入硝酸-硫酸混合液中；在需要使碳纤维丝5的表面带有酯基时，可以配置含有酸酐和催化剂的有机溶剂中，酸酐可以为丙酮酸酐、苯甲酸酐、马来酸酐等、催化剂可以为二甲基甲酰胺(DMF)、N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)等，之后将碳纤维丝5放入该有机溶剂中，并在50-100℃下加热反应；在需要使碳纤维丝5的表面带有酮时，可以配置含有酰肼试剂和催化剂的溶液，酰肼试剂可以为甲酸肼、丙酮肼等，催化剂可以为含银盐或含铜盐；之后将碳纤维丝5放入该含有酰肼试剂和催化剂的溶液中。

其中，碳纤维丝5可以为采用1000-12000根单丝捆束形成，每个单丝的直径可以为0.1-10μm。

上述步骤S03中，容置腔室可以为制备装置围成的一个空间。例如，制备装置还包括多个侧板，例如包括四个侧板，侧板可以采用金属铸造，例如采用钢铸造。当碳纤维丝5在多个取向柱1上形成高度取向的碳纤维丝5后，可以采用四个侧板与底板2的四侧连接，以形成上端开口的矩形模具结构，且该模具结构形成有容纳高度取向碳纤维丝5的容置空间。其中，四个侧板可以包括左、右侧板和前、后侧板。左、右侧板的宽与底板2的宽相同，并分别与底板2的一对宽边连接，例如螺纹连接等形式；前、后侧板的长可以与底板2的长相同，并分别与底板2的一对长边连接。侧板的高度可以等于或略大于取向柱1的高度，且所有侧板的高度可以相同；侧板的高度具体可以为20-310mm。

上述步骤S04中，硅胶的组分按重量份计以包括：主体硅油15-75份，助剂0.3-3份，交联剂0.5-15份，抑制剂0.1-0.6份，催化剂0.1-0.6份。硅胶的制备过程可以为先在行星搅拌机中加入主体硅油，再加入助剂，开始搅拌，搅拌速度控制在5-10rpm，搅拌5分钟；之后加入抑制剂，随后开启搅拌，搅拌速度控制在5-10rpm，搅拌5分钟；再加入交联剂，随后开启搅拌，搅拌速度控制在20-40rpm，搅拌20分钟；最后加入催化剂，随后开启搅拌，搅拌速度控制在15-30rpm，搅拌10分钟，得到硅胶。其中，主体硅油可以包括不同粘度的乙烯基硅油、苯基乙烯基硅油、丙烯酸酯改性硅油、环氧改性硅油中的一种或多种。助剂可以包括硅烷偶联剂、烷基甲氧与乙氧基硅油混合物、乙烯基甲氧与乙氧基硅油混合物、甲基甲氧与乙氧基硅油混合物中的一种或多种。交联剂可以包括不同粘度的含氢硅油、苯基含氢硅油中的一种或多种。抑制剂可以包括硫化合物、含氮化合物、含磷化合物、金属盐、氧化物、炔醇类化合物中的一种或多种。催化剂可以包括铂金催化剂、胺类催化剂、酸类催化剂、光催化剂、偶氮类催化剂、过氧类催化剂中的一种或多种。

对容置腔室内的硅胶以及碳纤维丝5混合物固化的方式可以为：在真空度-0.1-0.1Mpa、温度25-160℃的条件下高温固化5-60min。对于可紫外光固化的硅胶，可以采用紫外光波段190-410nm的条件下，进行固化5-60min。其中，对于可紫外光固化的硅胶，也可以采用紫外光和高温固化结合的形式。

此外，在对硅胶以及碳纤维丝5混合物进行固化前，可以在真空度-0.1-0.1Mpa条件下进行振实处理，以使得硅胶可以充分填充容置空间，之后进行固化处理。容置腔室内的硅胶以及碳纤维丝5混合物固化后即形成半成品。该半成品即具有较高的导热系数。

上述步骤S05中，为便于实际使用，可以对半成品进行预处理，并将预处理后的半成品进行裁切得到所需尺寸的导热垫片。对半成品进行预处理的方式可以为切除半成品的边缘部分，半成品的边缘部分可能质量较差，且外形结构不佳，可能还会存在因取向柱1而形成的孔，以及碳纤维丝5在取向柱1的弯折部分；将半成品的边缘部分切除，可以避免该部分形成的导热垫片质量不佳。

对半成品进行预处理后即可根据所需尺寸对其进行裁切。对预处理后的半成品进行裁切的温度可以为-50-50℃，裁切速度可以为0.5-30mm/s，裁切力度可以为0.5-50Mpa，裁切刀具刀口倾角可以为0-45°。对预处理后半成品的切割方式可以为沿第一方向将预处理后的半成品切割为不同尺寸的导热垫片。切割后的导热垫片沿第一方向上的长度可以为导热垫片的厚，因此，导热垫片的载荷方向与第一方向平行。

碳纤维的取向度与碳纤维与载荷方向的夹角相关，碳纤维与载荷方向的夹角越接近0°，碳纤维的取向度越高。碳纤维沿第一方向在多个取向柱1之间延伸，可以使得碳纤维与第一方向的夹角可以较为接近0°，并且沿第二方向上相邻取向柱1之间的间隙越小，碳纤维与第一方向的夹角越接近0°，碳纤维的取向度越高，制备得到的导热垫片的导热系数也较小。

实施例1

在1重量份的98％浓度的浓硫酸中加入20重量份的去离子水，充分混合并冷却至室温后，再加入10重量份的双氧水，充分混合后得到硫酸双氧水混合溶液。将1000根直径在0.2-0.5μm的单丝捆束形成碳纤维丝。将碳纤维丝放入硫酸双氧水混合溶液中，加热80℃下反应30分钟，之后加热至140℃反应10分钟，得到表面羟基含量为0.06％的碳纤维丝。

选用长300mm、宽50mm的长方形底板，底板包括长边以及宽边。

在底板沿其长度方向的相对两侧分别设置第一绕线单元和第二绕线单元。第一绕线单元和第二绕线单元沿底板长度方向相隔280mm。第一绕线单元和第二绕线单元均包括5个沿底板宽度方向间隔分布的取向柱，取向柱的直径为3mm，高为30mm，且取向柱的高度方向与底板垂直。第一绕线单元和第二绕线单元中，沿底板宽度方向相邻的两个取向柱的间隙为2.5mm。第一绕线单元和第二绕线单元的第一端均与邻近的长边间隔12.5mm，第一绕线单元和第二绕线单元的第二端均与邻近的长边间隔12.5mm。

将碳纤维丝沿高度取向的方式在第一绕线单元和第二绕线单元之间交错缠绕，并沿取向柱的高度方向缠绕形成20层。

采用一对宽50mm，高35mm的侧板与底板的一对宽边连接，并采用一对长300mm，高35mm的侧板与底板的一对长边连接，并围成具有容置空间的模具。

采用70重量份500粘度的乙烯基硅油，10重量份20粘度、含氢量为0.18％的含氢硅油、2重量份十二烷基三甲氧基硅烷，0.4重量份1-乙炔基环己醇，0.2重量份5000ppm含量铂金催化剂混合得到硅胶。将硅胶倒入具有高度取向的碳纤维的容置空间内。之后将倒入硅胶后的模具放入真空设备中，在真空度-0.1Mpa的条件下进行振实处理，振实完成后将模具放入120℃的烘箱环境中固化成型40分钟，完全固化后得到半成品。

将模具的四个挡板拆除，将半成品沿基板长度方向相对的左右侧各切除15mm，并将半成品沿基板宽度方向相对的前后两侧各切除12.5mm，将沿半成品高度方向的相对上下两侧各切除2.5mm，得到预处理后的长270mm、宽25mm、高25mm的半成品。之后沿预处理的长度方向，沿1mm、2mm、3mm的长度依次切割，得到45片25mm*25mm*1mm、45片25mm*25mm*2mm、45片25mm*25mm*3mm的样品，切割时的温度为25℃，裁切刀口平行于半成品的宽，垂直于半成品的长，裁切刀具的刀口倾角为0°，裁切力度为15MPa，裁切速度为10mm/s。

实施例2

本实施例与实施例1基本相同，区别之处在于：

本实施例中第一绕线单元和第二绕线单元中沿第二方向上相邻的两个取向柱之间的间隙均为5mm。第一绕线单元和第二绕线单元的第一端均与邻近的长边间隔7.5mm，第一绕线单元和第二绕线单元的第二端均与邻近的长边间隔7.5mm。

实施例3

本实施例与实施例1基本相同，区别之处在于：

本实施例中第一绕线单元和第二绕线单元中沿第二方向上相邻的两个取向柱之间的间隙均为7.5mm。第一绕线单元和第二绕线单元的第一端均与邻近的长边间隔2.5mm，第一绕线单元和第二绕线单元的第二端均与邻近的长边间隔2.5mm。

实施例4

本实施例与实施例1基本相同，区别之处在于：不对碳纤维丝进行表面处理，采用未处理的碳纤维丝进行高度取向。

实施例5

本实施例与实施例2基本相同，区别之处在于：不对碳纤维丝进行表面处理，采用未处理的碳纤维丝进行高度取向。

实施例6

本实施例与实施例3基本相同，区别之处在于：不对碳纤维丝进行表面处理，采用未处理的碳纤维丝进行高度取向。

对比例1

本实施例与实施例1基本相同，区别之处在于：

不对碳纤维丝进行长度取向。对碳纤维丝进行裁切，得到多个长度1-2mm的短切碳纤维。将短切碳纤维与硅胶混合，并在真空度-0.1Mpa的条件下进行振实处理，之后通过现有的流道取向的方式将短切碳纤维和硅胶的混合物灌入一预制模具中，之后将该预制模具放入120℃的烘箱中固定40分钟，得到半成品，将半成品按所需尺寸裁切为导热垫片。

测量上述实施例以及对比例制备的导热垫片的导热系数、硬度、回弹性。其中，导热系数采用界面材料导热测试仪，并根据现有的ASTM-D5470标准进行测量；硬度采用邵氏硬度计，并根据现有的ASTM-D2240标准进行测量；回弹性采用万能试验机，并根据现有的GB/T7759.1标准进行测量。测量结果如下表所示：

	导热系数(W/m·k)	硬度(HO)	回弹性(％)
				实施例1	340	60	30
实施例2	260	45	70
				实施例3	150	32	160
实施例4	53	67	47
				实施例5	44	58	82
实施例6	37	35	153
				对比例1	13	28	146

由上表数据可见，采用本发明的制备方法制备的导热垫片导热系数普遍达到在35W/m·k以上，远高于现有采用流道取向的导热垫片的导热系数为13W/m·k。在对碳纤维丝进行表面处理后，制备的导热垫片的导热系数普遍可以达到150W/m·k以上，进一步提高导热垫片的导热系数。

本发明的制备方法制备的导热垫片的硬度和回弹性较佳，且通过改变碳纤维丝的取向度，可以对导热垫片的硬度和回弹性进行调节，以应对不同的应用场景中，对导热垫片硬度、回弹性的需求。其中，在第二方向上相邻两个取向柱之间的间距越小，碳纤维的取向度越高，制备得到的导热垫片的导热系数和硬度也越高，回弹性则越低。通过调整在第二方向上相邻两个取向柱之间的间距，即可实现对导热垫片导热系数、硬度、回弹性的调节，以使得本发明的制备方法可以制备出导热系数高，且可以应用多种使用场景的导热垫片。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下，在发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型，所有的这些改变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种导热垫片的制备方法，其特征在于，包括：

步骤S01：形成多个间隔分布的取向柱；

步骤S02：将碳纤维丝沿取向柱高度方向在多个取向柱之间交错缠绕形成多层结构，得到高度取向的碳纤维丝；

步骤S03：将高度取向的碳纤维丝置于容置腔室内；

步骤S04：向具有高度取向碳纤维丝的容置腔室内加入硅胶，并进行固化。

2.根据权利要求1所述的导热垫片的制备方法，其特征在于，所述步骤S01中，至少部分取向柱形成第一绕线单元和第二绕线单元，所述第一绕线单元和第二绕线单元沿第一方向间隔分布，且第一绕线单元和第二绕线单元均包括沿第二方向依次间隔排列的多个取向柱；所述第一方向与所述第二方向的夹角为80-100°；

所述步骤S02中，所述碳纤维丝在第一绕线单元和第二绕线单元之间交错缠绕，并沿取向柱的高度方向形成多层结构。

3.根据权利要求2所述的导热垫片的制备方法，其特征在于，所述第一绕线单元和所述第二绕线单元在第二方向上具有相对的第一端和第二端；

所述步骤S02中，每层所述碳纤维丝均自第一端延伸至第二端，并自第二端延伸回第一端。

4.根据权利要求3所述的导热垫片的制备方法，其特征在于，所述步骤S02中，所述碳纤维丝自第一绕线单元中的一个取向柱延伸至第二绕线单元中的一个取向柱，并自第二绕线单元中的一个取向柱延伸至第一绕线单元中的另一取向柱，依次重复；所述碳纤维丝依次经过的所述取向柱，在沿第二方向上依次间隔分布。

5.根据权利要求1所述的导热垫片的制备方法，其特征在于，碳纤维丝缠绕形成的高度为20-300mm。

6.根据权利要求1所述的导热垫片的制备方法，其特征在于，所述碳纤维丝的表面带有羟基、羧基、酯基、或酮官能团结构；

和/或，所述碳纤维丝由1000-12000根单丝捆束形成，所述单丝的直径为0.1-10μm。

7.根据权利要求1所述的导热垫片的制备方法，其特征在于，所述硅胶的组分按重量份计包括：主体硅油15-75份，助剂0.3-3份，交联剂0.5-15份，抑制剂0.1-0.6份，催化剂0.1-0.6份。

8.根据权利要求7所述的导热垫片的制备方法，其特征在于，所述步骤S04中，所述主体硅油包括乙烯基硅油、苯基乙烯基硅油、丙烯酸酯改性硅油、环氧改性硅油中的一种或多种；

所述助剂包括硅烷偶联剂、烷基甲氧与乙氧基硅油混合物、乙烯基甲氧与乙氧基硅油混合物、甲基甲氧与乙氧基硅油混合物中的一种或多种；

所述交联剂包括含氢硅油、苯基含氢硅油中的一种或多种；

所述抑制剂包括硫化合物、含氮化合物、含磷化合物、金属盐、氧化物、炔醇类化合物中的一种或多种；

所述催化剂包括铂金催化剂、胺类催化剂、酸类催化剂、光催化剂、偶氮类催化剂、过氧类催化剂中的一种或多种。

9.根据权利要求1所述的导热垫片的制备方法，其特征在于，所述步骤S04中，对容置腔室内的硅胶以及碳纤维丝混合物固化的方式为：在真空度-0.1-0.1Mpa、温度25-160℃的条件下，和/或在紫外光波段190-410nm的条件下，固化5-60min。

10.根据权利要求1所述的导热垫片的制备方法，其特征在于，还包括步骤S05，按所需尺寸切裁固化后得到的半成品；

对半成品进行裁切的温度为-50-50℃，裁切速度为0.5-30mm/s，裁切力度为0.5-50Mpa，裁切刀具刀口倾角为0-45°。

11.一种导热垫片的制备装置，其特征在于，所述制备装置用于权利要求1-10任意一项的导热垫片的制备方法，制备导热垫片；

所述制备装置包括底板以及多个取向柱，多个所述取向柱安装于所述底板，且所述取向柱的高度方向与所述制备装置的高度方向平行。

12.根据权利要求11所述的导热垫片的制备装置，其特征在于，至少部分取向柱形成第一绕线单元和第二绕线单元，所述第一绕线单元和所述第二绕线单元设置在所述底板的沿长度方向的相对两端，且第一绕线单元和第二绕线单元均包括沿所述底板的宽度方向依次间隔排列的多个取向柱。

13.根据权利要求12所述的导热垫片的制备装置，其特征在于，所述取向柱的直径为1-10mm、高度为20-300mm；所述第一绕线单元和/或所述第二绕线单元中包括5-400个取向柱，相邻取向柱之间的间隙为0.5-10mm。

14.根据权利要求11所述的导热垫片的制备装置，其特征在于，所述制备装置还包括多个侧板，所述侧板与所述底板的侧边连接，且多个所述侧板与所述底板围成一端开口的容置腔室；所述侧板的高度为20-310mm。