绝缘导热垫片及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种绝缘导热垫片，包括绝缘导热材料、高分子聚合物与粘结剂，所述绝缘导热材料为二维片状结构，所述二维片状结构沿着该绝缘导热垫片的厚度方向取向，所述高分子聚合物呈丝状，将二维片状结构相互连接，最终贯穿于所述绝缘导热垫片内部，所述二维导热填料选自氮化硼、氮化铝、碳化硅中的至少一种。碳化硅中的至少一种。碳化硅中的至少一种。

【技术实现步骤摘要】
绝缘导热垫片及其制备方法


[0001]本专利技术涉及导热散热材料、导热界面材料、热管理材料等领域。

技术介绍

[0002]在5G基站、笔记本电脑、高功率LED显示器等电子器件中，需要散热器将加热元件产生的热量及时散发，以保证电子器件的运行稳定性。大多数情况下，发热元件与散热器之间需要设置导热垫片，用于降低界面热阻。随着电子器件功率的大幅提升，普通的导热垫片(导热系数一般在10W/(m
·
K)以下)已经远远不能满足散热需求。
[0003]专利文献CN109891578A公开了一种垂直排列高导热碳纤维为主要导热填料的导热垫片，其导热系数可以达到25W/(m
·
K)及以上。然而，这些高导热垫片中主要的导热填料均具有较高的导电性，在应用时存在引起电子器件短路的风险。
[0004]另一方面，氮化硼、碳化硅、氮化铝等二维导热材料在具有较高的导热性能同时兼具绝缘性。若采用片状的氮化硼、碳化硅和氮化铝，并使它们在导热垫片中沿着厚度方向进行排列，可以得到绝缘导热垫片。此外，对于二维导热填料来讲，片径越大，所得导热垫片的导热性能越高。然而，片状材料在粘结剂例如有机硅胶中的填充量普遍较小，且较大的片径会进一步增加填充难度，最终得到的垫片导热性能往往并不理想。
[0005]因此，亟需提供一种兼具绝缘性和优异导热性的导热垫片及其制备方法。

技术实现思路

[0006]鉴于上述诸问题，本专利技术提供一种具有绝缘且导热性优异的导热垫片，其既可以实现二维片状高导热绝缘填料的高填充量，又可以填充片径较大的二维高导热绝缘填料，并且能够保证二维片状高导热填料沿着厚度方向进行排列，因此在提供优异导热性的同时还保证了绝缘性，能够避免电子器件短路问题。另外，本专利技术还提供一种制备该绝缘导热垫片的方法。
[0007]根据本专利技术的一个方面，提供一种绝缘导热垫片，其具有二维导热填料、网络结构与粘结剂，其中高分子丝状物首先将二维导热填料相互连接，并最终贯穿于整个体系中形成网络结构，从而提升了整体的力学性能；同时，二维导热的填料沿着该绝缘导热垫片的厚度方向取向。
[0008]其中，所述二维导热填料占比50wt％
‑
92wt％，优选60wt％
‑
80wt％，更优选65wt％
‑
75wt％。
[0009]其中，所述网络结构由高分子聚合物拉丝形成。
[0010]其中，所述高分子聚合物占比1wt％
‑
5wt％，优选为2wt％
‑
4wt％。
[0011]其中，所述粘结剂占比5wt％
‑
49wt％，优选为15wt％
‑
40wt％，更优选20wt％
‑
30wt％。
[0012]其中，所述二维导热填料选自氮化硼、氮化铝、碳化硅中的至少一种。
[0013]其中，所述二维导热填料在片径5
‑
300μm，优选10
‑
200μm，最优为20
‑
50μm。
[0014]其中，所述高分子聚合物选自PI、PE、PP、PS、PA、PTFE、ABS、PET、PVDF中的至少一种，并且优选地所述高分子聚合物为拉丝级。
[0015]其中，所述粘接剂选自聚氨酯、丙烯酸树脂、有机硅胶中的至少一种。
[0016]其中，所述有机硅胶为液体有机硅胶，选自α,ω
‑
二羟基聚二甲基硅氧烷、聚二甲基环硅氧烷、聚二甲基硅氧烷、聚二苯基硅氧烷、α,ω
‑
二羟基聚甲基(3,3,3
‑
三氟丙基)硅氧烷、α,ω
‑
二乙基聚二甲基硅氧烷、氰基硅氧基硅烷中的至少一种。
[0017]其中，所述绝缘导热垫片，其厚度为0.25
‑
5mm，优选0.5
‑
2mm。
[0018]本专利技术的绝缘导热垫片，其内部的绝缘片状导热填料沿着厚度方向高度取向。该垫片以片状氮化硼、氮化铝、碳化硅等二维高导热材料作为导热填料，液体粘结剂作为粘结剂，拉丝级高分子聚合物作为力学增强材料，制备了具有厚度方向高导热性能的导热垫片。
[0019]另外，本专利技术通过高强度剪切作用或高速离心旋转，使拉丝级高分子聚合物形成丝状，将二维导热填料相互连接，并最终贯穿于整个体系中形成网络结构，充分提高内部结合力，使二维导热填料的含量能够达到92wt％的超高填充量。需要说明的是，即使在没有粘结剂的条件下，高分子丝状物也能与二维导热填料紧密结合，形成片材或者块体，只是因为其硬度较大才没有直接制成导热垫片。
[0020]另外，本专利技术通过压制片材的方式，先实现二维导热填料在平面方向的高度定向排列；然后，将片材层层堆叠，并压制成块体固化成型，由于内部高分子丝状网络结构与粘结剂的相互作用，能够显著提升块体内部的结合力。最后沿着块体高度方向切割成若干片，即得绝缘高导热垫片，该垫片中二维导热填料沿着厚度方向高度取向，因此在该方向上具有优异的导热性能，同时该导热垫片具有良好的绝缘性能与压缩回弹性。
[0021]将固化成型后的块体沿着所述片材层叠的高度方向切割成若干薄片，得到绝缘导热垫片，优选地，在该步骤中，切割方式选自线切割、激光切割、超声波切割、冷冻切割、超声波
‑
冷冻切割中的一种。
[0022]根据本专利技术的另一方面，提供一种制备绝缘导热垫片的方法，其包括以下步骤：
[0023](a)将二维导热填料与高分子聚合物混合；
[0024](b)通过剪切方式或高速离心旋转将所述高分子聚合物转变为丝状物，并将所述二维导热填料相互连接；
[0025](c)加入粘接剂并充分混合，使高分子丝状物贯穿于整个体系中，形成网络结构；
[0026](d)制成片材；
[0027](e)将所述片材层叠后压制成块体，并固化成型；
[0028](f)将固化成型后的块体沿着所述片材层叠的高度方向切割成若干薄片，得到绝缘导热垫片。
[0029]优选地，所述高速剪切优选高速旋转的浆式或刀片式剪切设备，速率为5000
‑
30000r/min，优选10000
‑
25000r/min，剪切的时间为1
‑
15min，优选5
‑
10min。
[0030]其中步骤(b)中采用高速离心旋转，转速5000
‑
50000r/min，优选20000
‑
30000r/min，旋转时间5
‑
20min，优选10
‑
15min。
[0031]其中，步骤(d)中的片材厚度为0.2
‑
3.0mm，优选为0.5
‑
2.0mm，更优选1
‑
1.5mm。
[0032]其中，步骤(e)中的固化为加热固化或常温固化。
[003本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种绝缘导热垫片，其特征在于，包括绝缘导热材料、高分子聚合物与粘结剂，所述绝缘导热材料为二维片状结构，所述二维片状结构沿着该绝缘导热垫片的厚度方向取向，所述高分子聚合物呈丝状，将二维片状结构相互连接，最终贯穿于所述绝缘导热垫片内部，所述二维导热填料选自氮化硼、氮化铝、碳化硅中的至少一种。2.根据权利要求1所述的绝缘导热垫片，其特征在于，所述二维导热填料在片径5
‑
300μm，优选10
‑
200μm，最优为20
‑
50μm。3.根据权利要求1所述的绝缘导热垫片，其中所述二维导热填料占比50wt％
‑
92wt％，优选60wt％
‑
80wt％，更优选65wt％
‑
75wt％。4.根据权利要求1或2所述的绝缘导热垫片，其中所述网络结构由高分子聚合物拉丝形成，优选地，所述高分子聚合物选自PI、PE、PP、PS、PA、PTFE、ABS、PET、PVDF中的至少一种，并且优选地所述高分子聚合物为拉丝级，优选地，所述高分子聚合物占比1wt％
‑
5wt％，优选为2wt％
‑
4wt％。5.根据前述任一项权利要求所述的绝缘导热垫片，其中所述粘结剂占比5wt％
‑
49wt％，优选为15wt％
‑
40wt％，更优选20wt％
‑
30wt％，优选地，所述粘接剂选自环氧树脂、丙烯酸树脂、有机硅胶中的至少一种。6.根据权利要求4所述的绝缘导热垫片，其中所述有机硅胶为液体有机硅胶，选自α,ω
‑
二羟基聚二甲基硅氧烷、聚二甲基环硅氧烷、聚二甲基硅氧烷、聚二苯基硅氧烷、α,ω
‑
二羟基聚甲基(3,3,3
‑
三氟丙基)硅氧烷、α,ω
‑
二乙基聚二甲基硅氧烷、氰基硅氧基硅烷中的至少一种。7.根据前述任一项权利要求所述的绝缘导热垫片，其厚度为0.25
‑
5mm，优选0.5

【专利技术属性】
技术研发人员：葛翔，石燕军，李峰，李壮，周步存，
申请(专利权)人：常州富烯科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：