CN202439289U - 一种石墨复合膜 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种石墨复合膜，属于一种新型的导热散热材料，它具有：高分子材料纤维热解制成的热解石墨纤维织物(1)、与热解石墨织物表面结合的石墨粉形成的石墨粉层(2)。所述石墨复合膜是一种导热率高散热材料，可很好地适应任何表面，屏蔽热源与组件的同时改进消费类电子产品的性能。

Description

一种石墨复合膜

技术领域

本实用新型涉及一种新型的导热散热材料，尤其涉及一种导热率高的石墨复合膜。 

背景技术

随着消费电子产品急速发展，以移动电话和平板电脑为代表的高性能，薄型大屏幕触控电子设备的出现，CPU，功率芯片，射频芯片等部件的发热量明显增大，消费电子产品也开始全新的设计更小的到尺寸，更薄的设计，越发流行。3G、4G手机，平板电脑，电子书，笔记型电脑等电子设备也面临着散热难题。密集的元器件带来产品内部温度的快速升高是所有热设计工程师面对的问题。 

目前的对策，例如通过石墨片把发热体的热量传递到设备外部，降低过热点温度。因此需要导热性能好的石墨膜。石墨膜有热分解石墨膜和膨胀石墨片。热分解石墨膜是将高分子材料薄膜加热后热分解形成的石墨膜。膨胀石墨片是将石墨粉膜酸化处理后加热压成的石墨片。热分解石墨膜因制作工艺限制无法增加膜的厚度，目前商业化的厚度最厚只能达到100μm，面积也只有300mm x300mm，在一些大型平板设备如液晶电视，PDP等离子电视中无法满足要求。天然石墨片的导热率目前只能做到100W/mk-600W/mk，在一些高功率场合无法满足散热需求。 

因此，需要一种导热率高，又可以加工成大尺寸，厚度可以控制的石墨膜是散热需求所急需的。 

实用新型内容

本实用新型提供了一种高导热性的、大尺寸、厚度可控制的石墨复合膜。 

为解决上述问题，本实用新型所采取的技术方案是： 

一种石墨复合膜，其具备：高分子材料纤维石墨化形成的石墨纤维织物，与石墨纤维织物直接结合的石墨粉制备的石墨粉层，石墨纤维织物层由高分子纤维石墨化烧结而成的石墨纤维编织而成，在石墨纤维编制层中，石墨层状大的结晶沿着石墨纤维方向取向，并沿纤维中心石墨层状重叠，并保持与石墨粉层大致平行。通过改善石墨纤维的编制方法可以设计平面内的导热方向性和导热率。 

进一步的，所述的石墨纤维织物，可以为平纹织物、斜纹织物或者是网纱织物。 

进一步的，所述的石墨纤维织物表面具有不平整孔隙，孔隙大于等于单根石墨纤维直径，而且所述石墨粉填充于孔隙中。 

进一步的，所述的石墨纤维织物可以是石墨纤维沿着单方向铺层形成的石墨纤维层状物；也可以是石墨纤维树脂复合铺层形成的石墨纤维复合膜；还可以是石墨纤维编织后与微量树脂形成的石墨纤维复合膜，其中所述的微量树脂可以是PI，PAN，中间相沥青等易石墨化树脂材料。 

进一步的，所述的石墨纤维织物优选厚度为0.03～0.2mm。 

进一步的，所述的石墨粉层主要是由沿平面取向的鳞片状石墨粉层叠而成，所述石墨粉可以使用膨胀石墨粉，热分解石墨粉，高定向石墨粉或者石墨纤维粉。 

进一步的，是所述的石墨粉层的优选厚度为0.03～0.2mm。 

进一步的，所述的石墨复合膜为混合层次结构，上下层之间可以交叉融合，以石墨纤维为主导，做成石墨粉和石墨纤维织物均匀分布而成的新材料，就是 石墨粉包裹着石墨纤维织物形成的材料。 

进一步的，是所述的石墨复合膜的热传导率在300W/mk-1200W/mk之间，同时可以制成至少幅宽1米的卷装石墨复合膜，导热率超过天然石墨片，可使用连续面积远远超过高分子薄膜的尺寸，厚度可以根据需要通过压力及各层的厚度调整，最薄可以达到0.05mm适应所有薄型电子设备散热需求。 

采用上述技术方案所产生的有益效果在于： 

1>热传导方向可按要求方向控制传导。常规石墨膜热能量只能沿平面传导，而所述的石墨纤维织物热能量可以按编织结构按要求传导，比如只沿着一个方向传导，可以根据纤维排布控制传导的方向，而且可以控制热量沿石墨纤维方向一维快传达。 

2>改善了机械性能尤其是拉伸强度等物理性能，拉伸强度平均在3000Mpa以上。 

附图说明

图1是本实用新型的石墨复合膜的剖视图 

图2A是本实用新型的实施方式其他石墨复合膜的剖视图 

图2B是本实用新型的实施方式的又一石墨复合膜的剖视图 

图2C是本实用新型的实施方式的又一石墨复合膜的剖视图 

图3是本实用新型的石墨复合膜的结构示意图 

图4是热处理前石墨纤维织物石墨层与石墨粉石墨层界面示意图 

图5是热处理后石墨纤维织物石墨层与石墨粉石墨层界面示意图 

其中，图(1)为石墨纤维织物形成的石墨层，图(2)为石墨粉层叠形成的石墨层。 

具体实施方式

以本实用新型的实现具有多种方式，以下优选例为为了公众更好的理解本实用新型所述的技术内容，而不是对所述技术内容的限制。事实上，在不违反本实用新型所述实用新型精神实质内所做的对任意元件的增减、替换和改进都在本实用新型所要求保护的技术方案之内。 

实施例1： 

采用中间相沥青纤维在3000℃高温石墨化后，编织成厚度0.05mm的石墨纤维编织层，采用图4加工方法在石墨纤维编织层表面最终形成密度1.5g/cm3的0.05mm厚度石墨粉层，得到最终厚度0.1mm的石墨复合膜。中间相沥青石墨纤维导热系数1000W/mk，石墨粉石墨层导热系数600W/mk，石墨复合膜导热系数为800W/mk。 

由于中间石墨纤维织物的增强，使得石墨复合膜具有充分的柔韧性和强度，导热及物理性能比纯粹的天然石墨膜得到大幅度提升，同时卷状大幅面的石墨复合膜比人工热解石墨膜更适合在电子产品中应用。 

实施例2： 

采用0.03mm石墨纤维浸渍树脂形成的薄膜做为石墨纤维织物层，石墨粉压缩形成的0.05mm石墨层通过图3的步骤压接。压接过程中控制温度和压力，使树脂热固化并把上下几层石墨膜压和粘接在一起，形成柔韧的0.13mm石墨复合膜材料，由于添加了粘合树脂，材料本身的物理性能得到很大提升。同时复合石墨膜延石墨纤维分布方向得到的较高的热传导系数。 

石墨纤维可以采用东洋纺制备的高导热石墨纤维导热系数1200W/mk，石墨粉石墨层导热系数600W/mk，石墨复合膜导热系数可以达到730W/mk，超过纯天 然石墨的导热效果，超过达到厚度0.1mm的热解石墨膜的导热性能，可以在要求较高的薄型电子设备中应用，同时制备过程简单，可以大规模批量生产。 

比较例1   Graftech公司SS600天然石墨片0.1mm，导热系数600W/mk。 

比较例2   Panasonic公司EYGS182310型号0.1mm热解石墨膜，导热系数700W/mk。 

比较例3   Panasonic公司EYGS121803型号0.025mm热解石墨膜，导热系数1600W/mk. 

	材料类型	厚度	平面导热率	最大尺寸	最大厚度
						实施例1	复合石墨膜	0.1mm	800W/mk	1M宽卷料	0.05mm以上
实施例2	复合石墨膜	0.13mm	730W/mk	1M宽卷料	0.05mm以上
						比较例1	天然石墨膜	0.1mm	600W/mk	182MM宽卷料	0.127mm
比较例2	热解石墨膜	0.1mm	700W/mk	180×230mm片料	0.1mm
						比较例3	热解石墨膜	0.025mm	1600W/mk	115×180mm片状	0.03mm

表1 

如表1所示导热率分别为800W/mk，700W/mk，600W/mk，700W/mk，1600W/mk可以看出本实用新型复合石墨膜平面导热率大于天然石墨导热率，甚至超过了厚度0.1mm热解石墨膜导热系数，是一种高导热性能的复合石墨膜。可以广泛应用电子产品中。与比较例3比较具有厚度可控，可用尺寸即面积大的特点，相对热解石墨膜有着很大的规模化加工的优势。 

本实用新型石墨复合膜降温效果明显，而且可采用工业化制造方法大幅降低成本，自动化生产。可以广泛应用于智能手机、平板电脑、笔记本电脑等小空间高散热需求设备中去。 

Claims (9)

1.一种石墨复合膜，其具备：高分子材料纤维石墨化形成的石墨纤维织物(1)，与石墨纤维织物直接结合的石墨粉制备的石墨粉层(2)，其特征是所述的石墨复合膜的热传导率在300W/mk-1200W/mk之间，热传导方向根据编织结构方向传导。

2.根据权利1所述的石墨复合膜，其特征是所述的石墨纤维织物，可以为平纹织物，斜纹织物，或者是网纱织物。

3.根据权利1所述的石墨复合膜，其特征是所述的石墨纤维织物表面具有不平整孔隙，孔隙大于等于单根石墨纤维直径，而且所述石墨粉填充于孔隙中。

4.根据权利1所述的石墨复合膜，其特征是所述的石墨纤维织物可以是石墨纤维沿着单方向铺层形成的石墨纤维层状物；也可以是石墨纤维树脂复合铺层形成的石墨纤维复合膜；还可以是石墨纤维编织后与微量树脂形成的石墨纤维复合膜。

5.根据权利1所述的石墨复合膜，其特征是所述的石墨纤维织物厚度为0.03～0.2mm。

6.根据权利1所述的石墨复合膜，其特征是所述的石墨粉层(2)主要是由沿平面取向的鳞片状石墨粉层叠而成，所述石墨粉可以使用膨胀石墨粉，热分解石墨粉，高定向石墨粉，石墨纤维粉。

7.根据权利1所述的石墨复合膜，其特征是所述的石墨粉层(2)的优选厚度为0.03～0.2mm。

8.根据权利1所述的石墨复合膜，其结构特征是为混合层次结构，上下层之间可以交叉融合。

9.根据权利1所述的石墨复合膜，其特征是拉伸强度平均大于3000Mpa。 

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