專利名稱：一種三維網狀高導熱石墨骨架結構及其制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于導熱材料領域，尤其是關于一種在三維方向上具有高導熱性能的石墨骨架材料及制作方法。
背景技術：
隨著近年來電子產品的快速發(fā)展，智能電子設備，如智能手機和智能電視，成為了一個必然的趨勢，而且為了滿足客戶對產品的更高要求，在電子設備上會集成越來越多的功能。其結果必然是電子設備越來越快的運行速度，越來越大的電池儲量，從而帶來更大的發(fā)熱量和更高的溫度。高溫不僅會影響設備的運行穩(wěn)定性，運行速度，電池容量，更會帶來設備壽命上的降低。在顯示和照明領域，LED取代常規(guī)的顯示照明器件，已是一個不可逆轉的趨勢。不論在液晶顯示，還是在照明，使用更大功率的LED是各大廠家共同追尋的目標。但是，大功率的LED本身的發(fā)熱量巨大，對其本身的壽命有著顯著地影響，而已有的散熱方法并不能解決其散熱問題。金屬由于其良好的導熱性能已經得到廣泛使用，如銀(420 W/mK)、銅(402 W/mK)、金(318W/mK)、鋁(237 W/mK)等。其中銅和鋁因為價格優(yōu)勢，應用最為普遍，如筆記本里的銅質散熱管，LCD顯示屏上的鋁質導熱熱沉。但是，隨著電子設備的日益小型化和功率擴大化，現(xiàn)有的金屬散熱器件已經難以滿足散熱要求。而一種新型的具有極高熱導率的材料的出現(xiàn)，彌補了這方面的空白。這種高導熱率材料是石墨材質的膜材，其導熱率可以達到2000 W/mK。這種石墨導熱膜在使用中直接粘接在熱源，將熱量迅速擴散到整個導熱膜表面，增大散熱面積，從而達到快速散熱的效果。但是，這種石墨導熱膜的高導熱率主要體現(xiàn)在與表面平行的xy方向，而在膜材的垂直方向，其導熱率僅在5-10 W/mK。

發(fā)明內容
針對以上不足，本發(fā)明的目的在于提供一種三維網狀高導熱石墨骨架結構及其制作方法，是對石墨導熱薄膜進行結構設計和制作，可以在三維方向上實現(xiàn)極高的導熱率，增加散熱效果并擴展其應用的領域。本發(fā)明的技術方案是通過以下方式實現(xiàn)的:一種三維網狀高導熱石墨骨架結構，包括至少設有兩層石墨導熱膜(12)所形成三維網狀骨架結構，其特征在于:所述的石墨導熱膜(12)每相鄰兩層之間的連接點大于5個，且連接點之間的距離大于Imm ;所述石墨導熱膜(12)的導熱率為400-2400 W/mK ;厚度在5-1000 之間。結構所述的相鄰兩層石墨導熱膜(12)填充有高分子聚合物的組合物(13)，所述的高分子聚合物的組合物(13)包含至少一種選自以下的高分子聚合物:聚酯、聚烯烴、乙烯一乙酸乙烯酯、聚碳酸酯、聚氨酯、硅膠、含氟聚合物或環(huán)氧樹脂。一種三維網狀高導熱石墨骨架結構的制作方法，是將兩層以上高分子薄膜疊層，在每兩層膜之間墊有石墨塊，在l-20Kg/cm2壓力、2000-3400°C的高溫下、保溫0.5-5個小時，以20°C /分鐘的速度冷卻到室溫，使相鄰高分子薄膜接觸的位置在壓力和高溫的條件下結合在一起并石墨化，而未接觸的位置則未結合在一起，將石墨塊抽出后形成石墨膜疊層，石墨膜疊層展開后其橫截面為三維網狀骨架結構。將所述三維網狀骨架結構之間填充有高分子聚合物13組合物，所述高分子聚合物組合物包含至少一種選自以下的高分子聚合物:聚酯、聚烯烴、乙烯一乙酸乙烯酯、聚碳酸酯、聚氨酯、硅膠、含氟聚合物、環(huán)氧樹脂和兩種或多種上述高分子聚合物的組合。所述的石墨膜展開形成的橫截面為矩形、六邊形、圓形或不規(guī)則多邊形的三維網狀結構。本發(fā)明，在三維方向上都有非常高的導熱率，導熱材料具有高導熱率和較強的力學強度，不但可以滿足快速熱傳導的功能，還可以滿足一定的力學結構設計要求，還能夠作為骨架與其它材料復合使用，提高整體的導熱率。


圖1是本發(fā)明的結構示意圖。圖2是本發(fā)明的高分子薄膜示意圖。圖3是三維網狀高導熱石墨骨架材料的制作方法。圖4是三維網狀高導熱石墨骨架材料截面的網眼形狀為正方形。圖5是三維網狀高導熱石墨骨架材料截面的網眼形狀為六角形。圖6是三維網狀高導熱石墨骨架材料截面的網眼形狀為圓形。
具體實施例方式一種三維網狀高導熱石墨骨架結構，包括:(a)至少設有兩層石墨導熱膜12所形成三維網狀結構，每相鄰兩層石墨導熱膜之間的連接點大于5個，且連接點之間的距離大于lmm; (b)石墨導熱膜的導熱率為400-2400 W/mK ;厚度在5-1000 之間。三維網狀結構的高導熱石墨骨架結構，其網狀結構的網眼中可以填充材料也可以不填充材料，可根據(jù)實際需要而定。實施例1:
圖1所示，一種填充有高分子聚合物的三維網狀高導熱石墨骨架結構。由十層石墨導熱膜12組成，所述的相鄰兩層石墨導熱膜之間的連接點為9個，且連接點之間的距離大于Imm ;石墨導熱膜的導熱率為400-2400 W/mK ;厚度在5-1000 之間。本實施例中，相鄰兩層石墨導熱膜(12)填充有聚酯的高分子聚合物組合物(13)。如圖2所示，是本發(fā)明制作石墨導熱膜所用的高分子薄膜10示意圖。石墨膜12由多層高分子薄膜10疊層并高溫石墨化所得，所述的高分子薄膜10包含至少一種選自以下的高分子聚合物:聚酯、聚碳酸酯、聚氨酯、聚酰亞胺，聚丙烯晴，聚酰胺，聚惡二唑，聚苯并惡唑，聚苯并噻唑，聚苯并咪唑，環(huán)氧樹脂。如圖3所示，是截面網眼形狀為矩形的三維網狀高導熱石墨材料制作方法。在高分子薄膜10之間墊以截面為正方形的細結構石墨塊11，邊長為5mm。在石墨塊本身的重力下，高分子薄膜的橫截面被壓成矩形，將高分子薄膜10和石墨塊11疊層結構施加以IOKg/cm2的力，加熱到2600°C并保溫5個小時，之后以20°C /分鐘的速度冷卻到室溫。相鄰的高分子膜接觸的位置在壓力和高溫的條件下結合在一起，而未接觸的位置則未結合在一起。將石墨塊抽出后，形成石墨膜12疊層，石墨膜12疊層展開形成橫截面為矩形的三維網狀骨架結構。如圖4所示，是三維網狀高導熱石墨骨架材料截面的網眼形狀為正方形。如圖5所示，是三維網狀高導熱石墨骨架材料的橫截面的網眼形狀為六邊形。如圖6所示，是三維網狀高導熱石墨骨架材料截面的網眼形狀為圓形。將雙酚A環(huán)氧樹脂固化劑三乙烯四胺以99.5:0.5的比例混合，所得混合物為低粘度液態(tài)，可以流動填充在如圖4、圖5、圖6所示的三維網狀高導熱石墨骨架材料的網眼中，加熱到60°并保持I小時，形成包含高導熱石墨網狀骨架的塊體材料。
權利要求
1.一種三維網狀高導熱石墨骨架結構，包括至少設有兩層石墨導熱膜(12)形成三維網狀骨架結構，其特征在于:所述的石墨導熱膜(12)每相鄰兩層之間的連接點大于5個，且連接點之間的距離大于Imm ;所述石墨導熱膜(12)的導熱率為400-2400 W/mK ;厚度在5-1000 iim 之間。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種三維網狀高導熱石墨骨架結構，其特征在于:所述的相鄰兩層石墨導熱膜(12)之間所形成三維網狀結構中填充有高分子聚合物的組合物(13)，所述的高分子聚合物的組合物(13)包含至少一種選自以下的高分子聚合物:聚酯、聚烯烴、乙烯一乙酸乙烯酯、聚碳酸酯、聚氨酯、硅膠、含氟聚合物或環(huán)氧樹脂。
3.一種根據(jù)權利要求1所述的制作三維網狀高導熱石墨骨架結構的方法，其特征在于:將兩層以上高分子薄膜(10)疊層，在每兩層膜之間墊有石墨塊(11)，在l-20Kg/cm2壓力、2000-3400°C的高溫下、保溫0.5-5個小時，以20°C /分鐘的速度冷卻到室溫，使相鄰高分子薄膜接觸的位置結合在一起并石墨化，而未接觸的位置則未結合在一起，將石墨塊抽出后形成石墨膜(12)疊層，石墨膜(12)疊層展開后其橫截面為三維網狀骨架結構。
4.根據(jù)權利要求3所述的制作三維網狀高導熱石墨骨架結構的方法，其特征在于:所述的石墨膜(12)疊層展開形成的橫截面為矩形、六邊形、圓形或不規(guī)則多邊形。
全文摘要
一種三維網狀高導熱石墨骨架結構，包括至少設有兩層石墨導熱膜(12)，其特征在于所述的石墨導熱膜(12)之間每相鄰兩層的連接點大于5個，且連接點之間的距離大于1mm；所述石墨導熱膜(12)的導熱率為400-2400W/mK；厚度在5-1000μm之間。本發(fā)明在三維方向上都有非常高的導熱率，導熱材料具有高導熱率和較強的力學強度，不但可以滿足快速熱傳導的功能，還可以滿足一定的力學結構設計要求，還能夠作為骨架與其它材料復合使用，提高整體的導熱率。
文檔編號H05K7/20GK103108531SQ20121049345
公開日2013年5月15日 申請日期2012年11月28日 優(yōu)先權日2012年11月28日
發(fā)明者周作成, 劉付勝聰, 楊星, 張亞榮 申請人:博昱科技(丹陽)有限公司