低渗油相变导热片及其制备方法

1.本发明属于导热材料领域，更具体地，涉及一种低渗油相变导热片及其制备方法。

背景技术：

2.当前，电子元器件的集成化程度越来越高，器件向着质量轻、体积小、功率密度大等方向发展，所以其内部产生的热量越来越大，热量的大量产生聚集在电子元器件内部，会在很大程度上影响电子元器件的使用寿命或者直接使电子元器件失效。在发热源和散热器之间宏观上看起来似乎是紧密接触的，但是从微观上来看，固体与固体的接触是不完全贴合的，存在于这些孔隙之中的便是空气，这非常不利于热源中产生的热量排除出电子元器件。
3.热界面材料可以很好的填补这些空气孔隙，从而提高散热性能。相变热界面材料，由于相变组分的存在，其达到相变温度时，相变材料固液转变，材料会呈现一定的可压缩性，从而更好的进入到孔隙之中，实现更为有效的散热。但由于相变组分的存在，其在固液转变过程中通常会产生明显的渗油问题，降低了材料的可靠性，并且可能对器件产生污染。

技术实现要素：

4.针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种低渗油相变导热片及其制备方法，其中通过对构成相变导热片的细节组分及其占比进行控制，利用树脂基体(对应原料中的树脂乳液)、导热填料、偶联剂、相变组分、膨胀石墨五种组分的整体配合，得到的相变导热片，在保证相变材料赋予导热片可压缩流动性能的同时，具有低渗油的特点，很好的解决了相变导热片在使用过程中相变材料固液转变导致的渗油问题。
5.为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种相变导热片，其特征在于，是由包括以下质量份的原料制得：
[0006][0007]
作为本发明的进一步优选，所述树脂乳液为丙烯酸类乳液，优选为苯丙乳液、丙烯酸酯乳液中的一种；所述树脂乳液中固含量大于等于50wt％。
[0008]
作为本发明的进一步优选，所述导热填料为氧化铝、碳化硅、氮化铝中的一种或多种；优选的，所述导热填料的质量份数为80份、100份或120份。
[0009]
作为本发明的进一步优选，所述氧化铝为球型氧化铝，球型氧化铝的粒径优选为2μm～40μm；
[0010]
所述碳化硅为块状碳化硅，粒径为10μm；
[0011]
所述氮化铝为球型氮化铝，粒径优选为40μm。
[0012]
作为本发明的进一步优选，所述导热填料为复配氧化铝，该复配氧化铝是由粒径分别为40μm、10μm、5μm、2μm的球型氧化铝按质量比为18～22：10～14：14～18：50～54混合得到的；
[0013]
或者，所述导热填料优选为复配氧化铝与块状碳化硅按质量比为4：1混合得到的；其中，所述复配氧化铝是由粒径分别为40μm、10μm、5μm、2μm的球型氧化铝按质量比为18～22：10～14：14～18：50～54混合得到的，所述块状碳化硅的粒径为10μm；
[0014]
或者，所述导热填料优选为复配氧化铝和球型氮化铝按质量比为3：2混合得到的；其中，所述复配氧化铝是由粒径分别为40μm、10μm、5μm、2μm的球型氧化铝按质量比为18～22：10～14：14～18：50～54混合得到的，所述球型氮化铝的粒径为40μm。
[0015]
作为本发明的进一步优选，所述偶联剂为钛酸酯偶联剂。
[0016]
作为本发明的进一步优选，所述导热填料与所述偶联剂的质量比为50：1。
[0017]
作为本发明的进一步优选，所述相变组分为硬脂酸甲酯、石蜡中的一种，相变温度为37℃～45℃。
[0018]
作为本发明的进一步优选，所述膨胀石墨为80目膨胀石墨。
[0019]
按照本发明的另一方面，本发明提供了上述相变导热片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0020]
a)将膨胀石墨和相变组分在高于相变组分相变温度至少20℃下水浴混合1～2h，得到相变材料/膨胀石墨混合料；
[0021]
b)将树脂乳液、导热填料、偶联剂和所述相变材料/膨胀石墨混合料相混合，加热到100～120℃，800～1500rpm搅拌0.5～1h，使树脂乳液中的溶剂成分挥发，得到混合均匀的熔体材料；
[0022]
c)将所述熔体材料置于负压不高于-0.1mpa的真空环境中3～5min；
[0023]
d)将所述步骤c)得到的材料，利用压片处理，即可得到相变导热片；其中，所述压片处理施加的压力为5～10mpa。
[0024]
通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，利用树脂基体(对应原料中的树脂乳液)、导热填料、偶联剂、相变组分、膨胀石墨五种组分，并控制它们之间的配比，得到的相变导热片，在保证相变材料赋予导热片可压缩性能的同时，具有低渗油的特点，很好的解决了相变导热片在使用过程中相变材料固液转变导致的渗油问题。
[0025]
基于本发明，在制备时，可以将树脂乳液、导热填料、偶联剂、相变材料和膨胀石墨按一定的比例混合，通过冷压成型的方式制备得到低渗油相变导热片。本发明尤其可以以苯丙乳液、丙烯酸酯乳液作为原料，乳液的使用简化了工艺过程，经过后续加热以及抽真空处理即可交联成型，并且，乳液的使用可以增加导热填料的加入比例，从而实现高的热导率。偶联剂的加入能够很好的对填料表面进行有机化改性，实现与树脂基体更好的结合，增加导热填料的加入量，从而最终提升材料的热导率；而且相变材料的加入，在到达相变温度时，材料呈现一定的可压缩性能，从而更好的填补空气缝隙，实现更好的散热效果。本发明中相变材料加入比例低(导热填料与相变组分的质量比为80～120：1～3)，对相变导热片最终热导率的影响小。当使用温度达到相变温度时，相变材料由固态转变为液态，具有高的流
动性能；单独的树脂基体和相变材料的混合，树脂对液体相变材料的包覆效果有限，虽然具有好的可压缩性能，但相变材料会渗出；假设仅使用膨胀石墨和相变材料混合，单独的膨胀石墨和相变材料的混合，得到的材料不具备柔性和可压缩性能(可压缩性能是相变导热片作为热界面材料发挥作用的关键，也这是为什么现有技术往往不会想到使用膨胀石墨)。而本发明是将膨胀石墨分散在树脂基体之中构成一个新的载体，利用膨胀石墨和树脂的结合，一方面能够减少膨胀石墨对材料可压缩性能的损伤，另一方面膨胀石墨作为油性物质的阻隔点能够减少渗油问题的产生。分散有膨胀石墨的树脂基体构的新载体，既具有良好的可压缩性能，又因为载体中所分散的膨胀石墨的吸附阻隔作用而具有低渗油性能，实现了相变导热片在高的可压缩流动性和低渗油性能之间的平衡。
[0026]
以使用丙烯酸类乳液为例，复配导热填料的加入构建更为有效的导热通路，提升了材料的热导率；相变组分的加入，在使用温度和压力下，具有一定的压缩流动性，能够好的填补空气缝隙，提升散热效果；分散有膨胀石墨的树脂基体构成的新载体，既具有良好的可压缩性能，又因为载体中所分散的膨胀石墨的吸附阻隔作用而具有低渗油性能，实现了相变导热片在高的可压缩流动性和低渗油性能之间的平衡。
[0027]
本发明尤其可以使用4种不同粒径的球型氧化铝复配得到的复配氧化铝作为导热填料，这4种不同粒径的球型氧化铝按照球型最紧密堆叠模型计算得到其质量比例，得到粒径分别为40μm、10μm、5μm、2μm的球型氧化铝按质量比为18～22：10～14：14～18：50～54，从而更好的实现导热通路的构成。当然，球型氧化铝和块状碳化硅的混合使用，有利于增大导热填料的接触面积，有助于材料热导率的进一步提升。
[0028]
本发明得到的低渗油相变导热片，在使用的温度和压力下，相变导热片具有一定的可压缩性能，从而降低接触热阻，实现更为高效的散热。现有相变导热片其为追求更好的流动性能，而忽略与之带来的渗油问题；本发明通过膨胀石墨与树脂基体组合所构成的新载体，不仅有助于材料热导率的提升，更有利于防止相变材料的泄露，实现了相变导热片在可压缩流动性和低渗油性能之间的平衡。
附图说明
[0029]
图1为实施例6与对比例1及商用相变导热片(honeywell ptm7950)的渗油性能测试对比图；其中，图1中的(a)对应各样品测试前，图1中的(b)对应各样品测试后。
[0030]
图2为实施例1～3dsc测试图。
[0031]
图3为实施例4、实施例6以及对比例2led灯散热性能测试图。
[0032]
图4为实施例6循环性能测试图。
具体实施方式
[0033]
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0034]
下文实施例及对比例中，偶联剂均采用的是异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)钛酸酯(当然，也可以使用其他类型的偶联剂，如，其他钛酸酯偶联剂)。另外，下文所采用的导热
填料中，每一种粒径级别的导热填料(如球型氧化铝、块状碳化硅、球型氮化铝)均由市售购得。
[0035]
实施例1
[0036]
1.原料配方：
[0037][0038]
2.制备：
[0039]
先将膨胀石墨和硬脂酸甲酯置于烧杯中60℃水浴加热混合1h，得到膨胀石墨/硬脂酸甲酯复合料。在100℃下，1000rpm转速，按比例加入丙烯酸酯乳液、复配氧化铝、钛酸酯偶联剂和膨胀石墨/硬脂酸甲酯复合料，搅拌1h；得到混合物抽真空3min，真空度为-0.1mpa(当然，也可以使用其他真空度设置，真空环境越接近真空、越好)；最后通过液压压片得到低渗油相变导热片，压力为5mpa，时间5min。
[0040]
实施例2
[0041]
1.原料配方：
[0042][0043]
2.制备：同实施例1。
[0044]
实施例3
[0045]
1.原料配方：
[0046][0047]
2.制备：同实施例1。
[0048]
实施例4
[0049]
1.原料配方：
[0050][0051]
其中球型氮化铝粒径为40μm，复配氧化铝和氮化铝的质量比为60：40。
[0052]
2.制备：同实施例1。
[0053]
实施例5
[0054]
1.原料配方：
[0055][0056][0057]
2.制备：同实施例1。
[0058]
实施例6
[0059]
1.原料配方：
[0060][0061]
碳化硅粒径为10μm，复配氧化铝和碳化硅的质量比为80：20。
[0062]
2.制备：同实施例1。
[0063]
实施例7
[0064]
1.原料配方：
[0065][0066]
所述石蜡相变温度为40℃。
[0067]
2.制备：同实施例1。
[0068]
实施例8
[0069]
1.原料配方：
[0070][0071][0072]
2.制备：同实施例1。
[0073]
该实施例材料性能与实施例2相似。
[0074]
实施例9
[0075]
1.原料配方：
[0076][0077]
2.制备：同实施例1。
[0078]
该实施例材料性能与实施例2相似。
[0079]
对比例1
[0080]
1.原料配方：
[0081][0082]
碳化硅粒径为10μm，复配氧化铝和碳化硅的质量比为80：20。
[0083]
2.制备：同实施例1。无膨胀石墨和硬脂酸甲酯的混合过程。
[0084]
对比例2
[0085]
1.原料配方：
[0086]
苯丙乳液(固含量57wt％)10份
[0087]
导热填料(复配氧化铝和碳化硅)100份
[0088]
(其中，复配氧化铝(m
40μm
:m
10μm
:m
5μm
:m
2μm
＝20:12:16:52))
[0089]
偶联剂2份
[0090]
碳化硅粒径为10μm，复配氧化铝和碳化硅的质量比为80：20。
[0091]
2.制备：同实施例1。无膨胀石墨和硬脂酸甲酯的混合过程。
[0092]
性能测试
[0093]
对以上实施例和对比例进行性能测试，结果参见表1。具体测试过程如下：
[0094]
渗油性能测试：在120℃烘箱种放置24h，观察导热片前后变化。渗漏率x＝(m
1-m2)/m1,m1为导热片放入烘箱前质量，m2为测试后导热片质量。
[0095]
可压缩性能测试：将相变导热片置于55℃，10psi压力下5min，测量相同尺寸相变导热片在测试条件下的厚度变化。压缩率＝(h
1-h2/h1)h1为相变导热片原始厚度，h2为相变导热片测试后厚度。
[0096]
散热性能测试：采取led灯、相变导热片、散热器的三层结构，测量加入导热片前后的led灯表面温度差。
[0097]
循环稳定性测试：采取led灯、相变导热片、散热器的三层结构，led灯开启5min，关闭冷却90s为一个循环，进行100次循环，记录led灯表面温度变化曲线。
[0098]
表1：实施例及对比例所得产品的性能
[0099][0100][0101]
由表1测试结果可以看出，本发明实施例1～6的产品渗油率都在0.18％以下，热导率在4w/(m
·
k)以上，压缩率在16％以上，led在使用导热垫片前后能产生14℃以上的温差。对比例1没有加入膨胀石墨，可以看到其渗油率增大，证明在基于本发明得到的相变导热片中，一定比例膨胀石墨的加入与树脂基体构成新载体，有利于防止相变材料的泄露，实现了相变导热片在高的可压缩流动性和低渗油性能之间的平衡。对比例2没有加入相变组分和膨胀石墨，可以看到其压缩率大幅降低，与器件的表面接合变差，散热性能也有比较明显的下降。对比实施例5和实施例6可以看到，在导热填料总填充量不变的情况下，利用部分块状碳化硅替代部分球型氧化铝，块状碳化硅的加入增加了填料之间的接触面积，形成更多导热通路，相变导热片的热导率得以提升。
[0102]
将实施例6得到的相变导热片，与对比例1得到的相变导热片、相变导热片商业产品(honeywell ptm7950)进行渗油性能实验，实验条件具体是在120℃烘箱中放置24h，观察导热片前后变化。结果如图1所示，从中可见，实施例6得到的相变导热垫片基本无渗油现象，对比例1样品存在少量的油渗出现象，而相变导热片商业产品其大量油渗出，由此可见一定量的膨胀石墨与树脂基体结合构成的新载体，可以很好的解决相变过程中渗油问题。
[0103]
将实施例1、实施例2和实施例3所得到的相变导热片进行dsc实验，结果如图2所示，从中可见，相变导热垫片在38℃发生明显的相变行为。
[0104]
将实施例4、实施例6和对比例2进行散热性能测试实验，实验条件具体是采取led灯、相变导热片、散热器的三层结构，测量加入导热片前后的led灯表面温度差。结果如图3所示，从中可见，在不加垫片时(即，不加任何相变导热片时)，led灯运行稳定表面温度在70℃左右，在led灯和散热器之间加入实施例4的相变导热垫片后其led灯运行稳定表面温度在50℃左右，在led灯和散热器之间加入实施例6的相变导热垫片后其led灯运行稳定表面
温度在55℃左右，在led灯和散热器之间加入对比例2的相变导热垫片后其led灯运行稳定表面温度在60℃左右。由此可知导热垫片的加入能够很好的降低led运行时的表面温度，而通过对比例2和实施例6可知，相变导热垫片其所具有的可压缩性能，能够带来更好的界面接触，进一步降低led灯表面温度。
[0105]
将实施例6进行循环稳定性实验，实验条件具体是采取led灯、相变导热片、散热器的三层结构，led灯开启5min，关闭冷却90s为一个循环，进行100次循环，记录led灯表面温度变化曲线。结果如图4所示，从中可见，相变导热垫片在循环使用过程中具备稳定的性能。
[0106]
上述实施例仅为示例，本发明中的低渗油相变导热片，除了树脂基体、导热填料、偶联剂、相变组分、膨胀石墨这五种组分外，根据对相变导热片性质的实际需求，该相变导热片在制备时，原料中还可以包含第六组分，如羰基铁等(羰基铁的加入可以使得材料具有一定的电磁屏蔽功能)。
[0107]
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种相变导热片，其特征在于，是由包括以下质量份的原料制得：2.如权利要求1所述相变导热片，其特征在于，所述树脂乳液为丙烯酸类乳液，优选为苯丙乳液、丙烯酸酯乳液中的一种；所述树脂乳液中固含量大于等于50wt％。3.如权利要求1所述相变导热片，其特征在于，所述导热填料为氧化铝、碳化硅、氮化铝中的一种或多种；优选的，所述导热填料的质量份数为80份、100份或120份。4.如权利要求3所述相变导热片，其特征在于，所述氧化铝为球型氧化铝，球型氧化铝的粒径优选为2μm～40μm；所述碳化硅为块状碳化硅，粒径为10μm；所述氮化铝为球型氮化铝，粒径优选为40μm。5.如权利要求1所述相变导热片，其特征在于，所述导热填料为复配氧化铝，该复配氧化铝是由粒径分别为40μm、10μm、5μm、2μm的球型氧化铝按质量比为18～22：10～14：14～18：50～54混合得到的；或者，所述导热填料优选为复配氧化铝与块状碳化硅按质量比为4：1混合得到的；其中，所述复配氧化铝是由粒径分别为40μm、10μm、5μm、2μm的球型氧化铝按质量比为18～22：10～14：14～18：50～54混合得到的，所述块状碳化硅的粒径为10μm；或者，所述导热填料优选为复配氧化铝和球型氮化铝按质量比为3：2混合得到的；其中，所述复配氧化铝是由粒径分别为40μm、10μm、5μm、2μm的球型氧化铝按质量比为18～22：10～14：14～18：50～54混合得到的，所述球型氮化铝的粒径为40μm。6.如权利要求1所述相变导热片，其特征在于，所述偶联剂为钛酸酯偶联剂。7.如权利要求1所述相变导热片，其特征在于，所述导热填料与所述偶联剂的质量比为50：1。8.如权利要求1所述相变导热片，其特征在于，所述相变组分为硬脂酸甲酯、石蜡中的一种，相变温度为37℃～45℃。9.如权利要求1所述相变导热片，其特征在于，所述膨胀石墨为80目膨胀石墨。10.如权利要求1－9任意一项所述相变导热片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：a)将膨胀石墨和相变组分在高于相变组分相变温度至少20℃下水浴混合1～2h，得到相变材料/膨胀石墨混合料；b)将树脂乳液、导热填料、偶联剂和所述相变材料/膨胀石墨混合料相混合，加热到100～120℃，800～1500rpm搅拌0.5～1h，使树脂乳液中的溶剂成分挥发，得到混合均匀的熔体材料；
c)将所述熔体材料置于负压不高于-0.1mpa的真空环境中3～5min；d)将所述步骤c)得到的材料，利用压片处理，即可得到相变导热片；其中，所述压片处理施加的压力为5～10mpa。

技术总结

本发明属于导热材料领域，公开了一种低渗油相变导热片及其制备方法，该相变导热片由包括以下质量份的原料制得：10份树脂乳液、80～120份导热填料、1.6～2.4份偶联剂、1～3份相变组分、0.5～1.5份膨胀石墨。本发明通过对构成相变导热片的细节组分及其占比进行控制，利用树脂基体(对应原料中的树脂乳液)、导热填料、偶联剂、相变组分、膨胀石墨五种组分的整体配合，得到的相变导热片，在保证相变材料赋予导热片可压缩流动性能的同时，具有低渗油的特点，很好的解决了相变导热片在使用过程中相变材料固液转变导致的渗油问题。材料固液转变导致的渗油问题。材料固液转变导致的渗油问题。