一種導(dǎo)熱率可控的復(fù)合石墨導(dǎo)熱膜材料及其制備工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種導(dǎo)熱率可控的復(fù)合石墨導(dǎo)熱膜材料及其制備工藝，屬于導(dǎo)熱散熱材料【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明通過(guò)調(diào)配導(dǎo)熱膜中高定向石墨膜與膨脹石墨的比例，開(kāi)發(fā)出導(dǎo)熱率在400～1200W/m·K可控的復(fù)合石墨導(dǎo)熱膜。該導(dǎo)熱膜熱傳導(dǎo)性能可控，成本低廉，機(jī)械性能及再加工性能良好，薄膜厚度5～50微米之間，可滿足多種工況條件下熱傳導(dǎo)要求。
【專利說(shuō)明】一種導(dǎo)熱率可控的復(fù)合石墨導(dǎo)熱膜材料及其制備工藝
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于導(dǎo)熱散熱材料【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及石墨導(dǎo)熱膜領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]電子工業(yè)、核工業(yè)、新能源、通信、化工等諸多領(lǐng)域中，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的熱量如不能及時(shí)散失，則將會(huì)影響設(shè)備的穩(wěn)定性、壽命及安全性。
[0003]目前傳統(tǒng)的散熱方式是在需散熱部件上裝上銅板或鋁板，進(jìn)而采用葉片或風(fēng)扇散熱。隨著工業(yè)設(shè)備向小型化、集成化發(fā)展，要求散熱系統(tǒng)要高效、小型、輕質(zhì)、穩(wěn)定。傳統(tǒng)以鋁、銅為代表的金屬導(dǎo)熱材料，已難以滿足現(xiàn)代工業(yè)的散熱要求。
[0004]碳材料時(shí)代的來(lái)臨，眾多碳材料的應(yīng)用層出不窮，其中石墨膜材料憑借其極高的導(dǎo)熱率、輕薄等特點(diǎn)深受電子產(chǎn)品的青睞。隨著智能手機(jī)、平板電腦市場(chǎng)的推新?lián)Q代，導(dǎo)熱石墨膜的市場(chǎng)需求逐步上升。
[0005]目前商業(yè)化應(yīng)用的導(dǎo)熱石墨膜材料主要用兩種，一種是高分子膜經(jīng)熱解石墨化后形成的聞定向石墨I(xiàn)旲；另一種是膨脹石墨碼壓后得到石墨I(xiàn)旲。聞溫?zé)峤庑纬傻穆劧ㄏ蚴?，?dǎo)熱率可達(dá)2000 W/m*K，但成本偏高且可加工性能也有待于提高，目前僅應(yīng)用高端電子產(chǎn)品；膨脹石墨碾壓成的石墨膜，導(dǎo)熱率在50(T800 W/m*K之間，其熱傳導(dǎo)性能低于高定向石墨膜，但比傳統(tǒng)鋁銅材料已有較大程度提升，由于其成本較低，已廣泛的應(yīng)用于各類產(chǎn)品中。
[0006]目前，針對(duì)兩類石墨膜所存在問(wèn)題已存在較多的有益嘗試。例如專利[CN101193837A]中在石墨膜表面涂覆有一層低于IOOnm的金屬層來(lái)增強(qiáng)石墨膜的表面，防止顆粒脫落；專利[CN202439289U]中采用石墨纖維織物來(lái)獲得大面積高導(dǎo)熱石墨膜，增強(qiáng)石墨膜的機(jī)械拉伸性能，這些專利均限于某類石墨膜的改性與提高工作，尚不能從根本上改變或解決導(dǎo)熱石墨膜行業(yè)中高導(dǎo)熱高成本、低成本低性能的產(chǎn)品局面。
[0007]兩類石墨膜性能與成本之間的兩極分化限定了其應(yīng)用范圍，不利于導(dǎo)熱石墨膜產(chǎn)品在眾多行業(yè)中大規(guī)模、多層次的使用。如能結(jié)合兩類石墨膜的特點(diǎn)，取長(zhǎng)補(bǔ)短，開(kāi)發(fā)兼顧成本與性能之間的中間產(chǎn)品，可大大拓展導(dǎo)熱石墨膜在新的應(yīng)用領(lǐng)域。
[0008]基于兩類石墨膜的特點(diǎn)，通過(guò)調(diào)配石墨膜的成分比例，實(shí)現(xiàn)石墨膜導(dǎo)熱性能與成本的調(diào)控，開(kāi)發(fā)出可適應(yīng)多種工狀條件的導(dǎo)熱石墨膜，是本專利解決的主要問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明提供一種導(dǎo)熱率可控的復(fù)合石墨導(dǎo)熱膜材料及其制備工藝，提供一種將膨脹石墨與聞定向熱解石墨兩者相結(jié)合的散熱I吳材料，該材料具有熱導(dǎo)率可控、成本可控、易加工等特點(diǎn)，應(yīng)用于導(dǎo)熱散熱領(lǐng)域。
[0010]一種導(dǎo)熱率可控的復(fù)合石墨導(dǎo)熱膜材料，其由特定類高分子材料石墨膜化形成的高定向石墨和膨脹石墨組成，導(dǎo)熱率在40(Tl200W/m.K之間可控。
[0011]高定向石墨膜由聚丙烯腈、聚苯、聚砜酰胺、聚酰亞胺、聚芳醚酮、中間相浙青等易石墨化材料石墨化后制得。
[0012]膨脹石墨均勻分散于復(fù)合石墨膜中，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)在30-80%之間，高定向石墨的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在10-30%，膨脹石墨與高定向石墨的比例決定復(fù)合石墨膜的導(dǎo)熱率。
[0013]一種導(dǎo)熱率可控的復(fù)合石墨導(dǎo)熱膜材料，其導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)為高定向石墨充當(dāng)平面導(dǎo)熱骨架，膨脹石墨填充其中提高薄膜的縱向傳熱性能。
[0014]一種導(dǎo)熱率可控的復(fù)合石墨導(dǎo)熱膜材料，其厚度在5微米到50微米之間，厚度優(yōu)選為10微米到25微米之間。
[0015]一種導(dǎo)熱率可控的復(fù)合石墨導(dǎo)熱膜材料的制備工藝，按一定比例將膨脹石墨均勻分散于特定類高分子材料的聚合物中，經(jīng)碾壓、烘干、石墨化、碾壓過(guò)程后制得具有高定向石墨與膨脹石墨復(fù)合結(jié)構(gòu)的導(dǎo)熱石墨膜材料。其中特定類高分子材料是聚丙烯腈、聚苯、聚砜酰胺、聚酰亞胺、聚芳醚酮 、中間相浙青等易石墨化材料。
[0016]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:將膨脹石墨與高定向石墨兩者復(fù)合，通過(guò)調(diào)配兩者在石墨膜中的比例，可獲得不同導(dǎo)熱率范圍的石墨膜，同時(shí)可以改善其機(jī)械加工性能，降低導(dǎo)熱石墨膜的成本。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]附圖1是本發(fā)明一種導(dǎo)熱率可控的復(fù)合石墨導(dǎo)熱膜的骨架結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]附圖2是本發(fā)明一種導(dǎo)熱率可控的復(fù)合石墨導(dǎo)熱膜的制備工藝流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]在本發(fā)明中，利用高定向石墨與膨脹石墨的復(fù)合作用，實(shí)現(xiàn)石墨膜熱傳導(dǎo)性能的可控調(diào)節(jié)，同時(shí)消除石墨導(dǎo)熱膜的部分缺陷，降低石墨導(dǎo)熱膜的成本。下面結(jié)合具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)介紹。
[0020]具體實(shí)施例1:將均苯四甲酸酐和4’ 4-二氨基二苯醚以摩爾比1:1混合，在低溫和氮?dú)鈼l件下縮聚生成聚酰胺酸，將聚酰胺酸作為粘接劑與蠕蟲(chóng)狀膨脹石墨以質(zhì)量比2:8的比例混合，分散均勻和脫除部分溶劑后熱壓成型，經(jīng)3飛道碾壓工序后復(fù)合薄膜厚度在30微米。將復(fù)合薄膜在高純氬氣和20MPa壓力下，以如下熱處理工藝進(jìn)行熱解石墨化:1°C/min速率升溫至550°C，保溫2小時(shí)；2°C /min升溫至900°C，恒溫2小時(shí)；2°C /min速率升溫至2400°C，恒溫2小時(shí)；隨爐自然冷卻至室溫。所制得復(fù)合石墨導(dǎo)熱膜經(jīng)碾壓緊實(shí)后，膜厚度為25±3μπι，縱向?qū)崧?2W/m.K，橫向?qū)崧蕿?30W/m.K。
[0021]具體實(shí)施例2:采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)50%聚丙烯腈的分散液與膨脹石墨粉混合，聚丙烯腈與膨脹石墨質(zhì)量比在3:7。采用與具體實(shí)例I相同的工藝完成成膜、熱處理工藝后，制得復(fù)合石墨導(dǎo)熱膜厚度20±2μπι左右，石墨膜縱向?qū)崧?7W/m.Κ，橫向?qū)崧蕿?70W/m.Κ。
【權(quán)利要求】
1.一種導(dǎo)熱率可控的復(fù)合石墨導(dǎo)熱膜材料，其特征在于:石墨膜材料中含有兩種石墨結(jié)構(gòu)，一種是特定類高分子材料經(jīng)熱解石墨化形成的高定向石墨，一種是膨脹石墨。
2.權(quán)利要求1所述一種導(dǎo)熱率可控的復(fù)合石墨導(dǎo)熱膜材料，其通過(guò)調(diào)配高定向石墨與膨脹石墨的比例，實(shí)現(xiàn)復(fù)合石墨導(dǎo)熱膜的導(dǎo)熱率在40(Tl200W/m.K之間可控。
3.權(quán)利要求1所述一種導(dǎo)熱率可控的復(fù)合石墨導(dǎo)熱膜材料，其膨脹石墨與高定向石墨比例在0.廣9之間。
4.權(quán)利要求1所述一種導(dǎo)熱率可控的復(fù)合石墨導(dǎo)熱膜材料，其導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)為高定向石墨充當(dāng)導(dǎo)熱骨架，膨脹石墨填充其中，形成一種三維高效導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)。
5.聞定向石墨由特定類聞分子材料石墨化后獲得，特定類聞分子材料包括聚丙稀臆、聚苯、聚砜酰胺、聚酰亞胺薄膜、聚芳醚酮、中間相浙青。
6.一種導(dǎo)熱率可控的復(fù)合石墨導(dǎo)熱膜材料制備工藝，其特征在于利用特定類高分子材料的聚合物作為粘接劑，與膨脹石墨按特定比例混合后碾壓成薄膜，再依次經(jīng)歷烘干、熱解和石墨化后制得復(fù) 合石墨導(dǎo)熱膜。
【文檔編號(hào)】C09K5/14GK103450857SQ201310399555
【公開(kāi)日】2013年12月18日 申請(qǐng)日期:2013年9月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月5日
【發(fā)明者】崔光磊, 張波, 韓鵬獻(xiàn), 逄淑平, 劉志宏, 黃長(zhǎng)水, 姚建華, 徐紅霞 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院青島生物能源與過(guò)程研究所