一种低热阻、高导热、不导电的复合相变材料及其制备方法与流程

本发明涉及导热填料，特别涉及一种低热阻、高导热、不导电的复合相变材料及其制备方法。

背景技术：

1、目前随着5g的发展，全场景的通讯应用场景得到飞速发展，伴随着人工智能ai技术的快速迭代，对于芯片性能要求等越来越高，与此同时也带来了散热问题，如何提高散热也是一个重要的研究课题，我们发现在众多的应用场景中，低压力下(小于10psi)的应用占据绝大部分，一些用户存在一定的误区，他们更多关注导热系数，忽略了热阻才是判断实际应用效果的关键因素，这一点可以从霍尼韦尔最新的相变导热产品的实测数据可以看出，导热系数并不高，但是低压力下热阻很小，这里强调的是ptm7950中的测试可以看出，反观市场上的一些竞品，他们导热系数明显高于ptm 7950，但是低压力下的热阻表现比较差，在实际上机测试过程中但表现也不如ptm 7950。因此一味追求高压力下的热阻以及高导热系数，显然是与实际应用端的需求有一些背道而驰。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的问题，本发明提供一种低热阻、高导热、不导电的复合相变材料及其制备方法，通过粉体改性处理来优化导热粉体跟相变基体材料的相容性和分散性，通过偶联剂反应基团和粉体表面但羟基基团发生反应，避免了导热粉体出现团聚问题，有效改善了不同材料的界面热阻的影响以及后续采用分段式的生产工艺，相比一次添加搅拌生产工艺，可以避免一些组分之间的反应基团的相互影响，使得最后的相变导热材料具有较好的综合性能，经过测试验证可以获得很好的应用效果。

2、本发明提供一种低热阻、高导热、不导电的复合相变材料，该复合相变材料包括原材料份数如下：聚合物混合材料2－4份、溶剂油1－3份、第一导热填料70－80份、第二导热填料20－25份、添加剂0.3－2份、及偶联剂0.5－1份。

3、优选地，所述第一导热填料和第二导热填料均选自金属、合金、非金属、金属氧化物、金属氮化物和陶瓷中的一种或多种；

4、所述金属选自铝、铜、银、锌、镍、锡、铟、铅、镀银金属(诸如镀银铜或镀银铝)、镀金属碳纤维和镀镍纤维中的一种或多种；

5、所述非金属选自碳、炭黑、石墨、碳纳米管、碳纤维、石墨烯、金刚石、玻璃、二氧化硅、氮化硅和镀硼颗粒中的一种；

6、所述金属氧化物、金属氮化物和陶瓷均包括氧化铝、氮化铝、氮化硼、氧化锌和氧化锡中的一种或多种。

7、优选地，所述第一导热填料选自改性铝粉，第二导热填料选自氧化锌，其中改性铝粉具体制备步骤如下：

8、步骤x1、将改性剂、分散介质、溶剂按预设比例混合均匀，冷凝回流，在温为30－60℃下持续搅拌10－60min；

9、步骤x2、调节步骤s1得到的混合溶液的ph值，然后加入铝粉，冷凝回流，在30－100℃温度下持续搅拌2－12h真空干燥得到改性铝粉。

10、优选地，在改性铝粉制备时，可以通过调整改性剂的种类及添加量、溶剂种类、控制反应ph及温度、改性剂的预聚聚合度和连续反应时间和次数等，对铝粉界面层进行表面调控，铝粉界面层厚度为0.5－150nm；铝粉的粒度d50(中值粒径)保持率为100.2－110％。

11、优选地，所述改性剂选自硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、硅烷偶联剂低聚物、烷氧基聚合物、改性硅烷偶联剂、改性硅烷偶联剂低聚物、改性烷氧基聚合物中的一种或多种，更为具体的，改性剂可为含有乙烯基、环氧基、烷基、氨基、巯基、苯基等硅烷偶联剂及其低聚物或含有烷氧基聚合物的一种或多种；进一步的，改性剂可以为乙烯基三甲氧基硅烷、丙基三甲氧基硅烷、3－(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷中的一种或多种。

12、优选地，所述分散介质选自去离子水、乙醇、甲醇、异丙醇、甲苯、二甲苯、醋酸乙酯的一种或多种；所述分散介质优选为甲苯；

13、所述溶剂选自水、乙醇、甲醇、异丙醇、甲苯、二甲苯、醋酸乙酯的一种或多种；

14、所述改性剂、去离子水、溶剂的质量份数比为0.5：4：6。

15、优选地，所述改性剂与铝粉的质量分数之比为0.1－3％，所述铝粉的粒径大小为1－10μm，所述铝粉的第一粒径约为1－10μm，第二粒径约为1－5μm，第二导热填料粒径约为0.1－1μm。

16、优选地，所述ph值通过碱性物质或酸性物质进行实时调节，其中碱性物质选自氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、碳酸钠、碳酸氢钠中的一种，所述酸性物质选自盐酸、硫酸、硝酸、磷酸、醋酸、苯甲酸中的一种。

17、优选地，所述聚合物混合材料为乙烯－丙烯橡胶(epr、epdm)、聚乙烯/丁烯、聚乙烯－丁烯－苯乙烯、聚乙烯－丙烯－苯乙烯、氢化聚烷基二烯“单醇”、氢化聚丁二烯单醇、氢化聚丙二烯单醇、氢化聚戊二烯单醇、氢化聚烷基二烯“二醇”、氢化聚丁二烯二醇、氢化聚丙二烯二醇、氢化聚戊二烯二醇、和氢化聚异戊二烯、聚烯烃弹性体一种或多种共混物，聚合物基本包括聚乙烯－丙烯－苯乙烯和氢化聚丁二烯二醇，且加上第一增塑剂、第一增粘树脂、第一石蜡油、第一抗氧剂一起制成的混合物。

18、优选地，所述偶联剂包括钛酸酯偶联剂，该钛酸酯偶联剂包括：钛iv 2,2(双-2-丙烯酰基甲基)丁氧基、三(二辛基)焦磷酸-o、锆iv 2,2(双-2-丙烯酰基甲基)丁氧基、三(二异辛基)焦磷酸-o、钛iv 2-丙酸酯、三(二辛基)-吡啶磷酸-o、亚磷酸二异辛酯、钛iv双(二辛基)焦磷酸-o、氧代亚乙基二醇、双(二辛基)(氢)亚磷酸酯-o；钛iv双(二辛基)焦磷酸-o、亚乙基二醇(加合物)、双(二辛基)亚磷酸氢盐、锆iv2,2-双(2-丙烯醇甲基)丁氧基、环二[2,2-(双-2-丙烯酰甲基)丁氧基]、焦磷酸-o中的一种或多种。

19、优选地，所述添加剂包括抗氧化剂和交联剂，所述添加剂选自第二抗氧剂、老化剂、第二增粘树脂和第二增塑剂中的一种或多种，所述交联剂包括甲醚化氨基树脂。

20、优选地，溶剂油通常分为三类：脂族、环状和芳族。脂族烃溶剂油包括直链化合物和分支和可能交联的化合物，然而，脂族烃溶剂油通常不被认为是环状的，环状烃溶剂油是包括具有类似于脂族烃溶剂的性质的以环结构取向的至少三个碳原子的溶剂油，芳族烃溶剂油是通常包括三个或更多个不饱和键的溶剂油，其中具有单个环或通过共同键附接的多个环和/或融合在一起的多个环。所述溶剂油选自甲苯、二甲苯、对二甲苯、间二甲苯、均三甲苯、溶剂石脑油h、溶剂石脑油a、第二石蜡油、异链烷烃流体、烷烃(诸如戊烷、己烷、异己烷、庚烷、壬烷、辛烷、十二烷、2－甲基丁烷、十六烷、十三烷、十五烷、环戊烷、2，2，4－三甲基戊烷)、石油醚、卤代烃(诸如氯代烃、硝化烃)、苯、1，2－二甲基苯、1，2，4－三甲基苯、矿物油精、煤油、异丁苯、甲基萘、乙基甲苯、四氢呋喃中的一种或多种。在更具体的实施例中溶剂油优选为戊烷、己烷、庚烷、环己烷、石蜡油、异链烷烃流体、苯、甲苯、二甲苯中的一种或多种。

21、本发明还提供一种所述的低热阻、高导热、不导电的复合相变材料的制备方法，包括如下步骤：

22、步骤s1：将聚乙烯－丙烯－苯乙烯、氢化聚丁二烯二醇、第一增塑剂、第一增粘树脂、第一石蜡油、第一抗氧剂、偶联剂加入到双行星搅拌机中进行搅拌分散至粘稠状液体；

23、步骤s2：将改性铝粉、氧化锌加入到粘稠状液体中，然后再加入氧化剂、第二石蜡油，抽真空搅拌分散5h，每1h刮一次沾附在搅拌浆和内壁上的物料，待整个物料变成均一的灰色膏状体后出料；

24、步骤s3：将压延机的辊筒和压延平台的加热板加热升温到100℃，待到温度稳定后，将物料放置在下方为pet离型膜，上方为pi膜的膜材上，设置好单面的相变材料的厚度为0.05μm，待到单面完成后，另一面重复上述操作，使得最终的产品为pi膜但两面均有0.05mm厚度的相变材料，并且两面跟pi接触的表面都附上了一层可撕开的pet离型膜卷料。

25、采用本发明的技术方案，具有以下有益效果：

26、本发明通过粉体改性处理来优化导热粉体跟相变基体材料的相容性和分散性，通过偶联剂反应基团和粉体表面但羟基基团发生反应，避免了导热粉体出现团聚问题，有效改善了不同材料的界面热阻的影响以及后续采用分段式的生产工艺，相比一次添加搅拌生产工艺，可以避免一些组分之间的反应基团的相互影响，使得最后的相变导热材料具有较好的综合性能，经过测试验证可以获得很好的应用效果。