导热相变组合物、其制造方法、和包含所述组合物的制品技术

导热相变组合物包含以下的混合物：5重量百分比至25重量百分比的热塑性聚合物；20重量百分比至45重量百分比的相变材料；和30重量百分比至65重量百分比的导热颗粒，其中重量百分比基于组合物的总重量并且总计为100重量百分比，以及其中在低于相变材料的转变温度的温度下组合物的热导率为至少3.0W/m

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】导热相变组合物、其制造方法、和包含所述组合物的制品
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2020年7月16日提交的美国申请第63/052575号的权益，其通过引用整体并入本文。

技术介绍

[0003]本公开内容涉及导热相变组合物、其制造方法和包含所述组合物的制品。
[0004]在各种各样的设备(包括电池、包括发光二极管(LED)的设备和包括电路的设备)中都需要热管理。例如，用于诸如电视机、收音机、计算机、医疗器械、商用机器和通信设备的电子设备的电路设计变得越来越小且越来越薄。这样的电子组件的功率增加导致热产生增加。此外，较小的电子组件被密集地封装在越来越小的空间中，导致热产生更强。
[0005]同时，电子设备可能对过热非常敏感，从而不利地影响部件的寿命、可靠性二者，以及使用者体验和安全性。电子设备中的温度敏感元件可能需要被保持在规定的工作温度内，以避免显著的性能下降或甚至系统故障。因此，制造商一直面临使电子设备中产生的热消散即热管理的挑战。此外，电子设备的内部设计可能包括不规则形状的组件和腔，这对已知的热管理方法提出了重大挑战。
[0006]因此，仍然需要用于各种设备并且特别是电子设备中的热管理的新组合物。如果组合物对引入到小或薄的设备或者具有不规则形状腔的设备中是有效并且如果组合物是可再加工的，则将是有利的。所述组合物的另外优点是具有可逆的、可调节的热导率和用于设备的热调节的多种机制。

技术实现思路

[0007]导热相变组合物包含这样的组合：所述组合包含5重量百分比至25重量百分比的热塑性聚合物、20重量百分比至45重量百分比的相变材料、和30重量百分比至65重量百分比的导热颗粒，其中重量百分比基于组合物的总重量并且总计为100重量百分比，以及其中在低于相变材料的转变温度的温度下组合物的热导率为至少3.0W/m
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K，以及在高于相变材料的转变温度的温度下组合物的热导率为至少2.0W/m
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K，其中热导率根据ASTM E1530确定。
[0008]制造相变组合物的方法包括将以下合并以获得相变组合物：热塑性聚合物、任选的溶剂、相变材料、和导热颗粒；以及任选地除去溶剂。
[0009]还公开了包含所述相变组合物的制品。
[0010]制造制品的方法包括使相变组合物经受对将相变组合物引入到制品的期望位置之中或之上有效的温度和/或压力。
[0011]上述和其他特征通过以下详细描述来例示。
具体实施方式
[0012]本文公开了具有在相转变温度下高熔化热和高热导率的新相变组合物。相变组合
物包含热塑性聚合物、相变材料、导热颗粒和任选的其他组分的混合物。这些相变组合物尤其适合于为各种各样的设备，并且特别是电子设备提供优异的热保护。相变组合物有利地具有可逆的、可调节的热导率和用于设备的热调节的多种机制。在升高的温度下，导热颗粒通过将热传导至较冷的表面或环境而起作用。相变材料通过在高于相变温度的起始吸收和储存热而起作用，并且仅在设备温度降至低于相变温度时将热释放至较冷的表面或环境。导热填料颗粒和相变材料的热调节机制的差异不仅为设备性能而且为使用者安全提供了另外的益处。如果使用者手持或触摸电子设备，则由设备产生的热可能导致令人不愉快的体验，或甚至烧伤使用者的皮肤。在低于相变起始的温度下，不需要的热可以仅通过导热颗粒从敏感电子组件中传导出去；而在相变起始下或高于相变起始的温度下，即使导热填料颗粒的热导率与低于相变温度的热导率相比降低，但是也可以通过经由导热填料颗粒的热传导和相变材料的熔化热的组合来消散更多的热。更重要地，高于相变温度下相变组合物的降低的热导率减缓了通过导热颗粒向较冷的设备表面的热消散，因此降低了引起令人不愉快的使用者体验，或者甚至使用者握住或触摸设备的皮肤烧伤的可能性。在冷却过程期间，与仅使用相变材料相比，导热填料可以促进更快的冷却。总之，所公开的相变组合物中的导热填料颗粒和相变材料的组合的协同作用在加热过程期间、在峰值加热温度下、以及在冷却过程期间提供了设备(例如手持电子设备)的更好的热管理。
[0013]相变组合物在环境温度下是形状稳定的，易于下游处理和加工。在升高的温度下，它们是适合的并且在热和/或压力下变得柔软或可流动。因此可以容易地将相变组合物引入到任何形状的期望位置中。此外，温度和/或压力对相变组合物的适应性和流动性水平的影响是可逆的。因此，与使用不可再加工的组合物例如高度交联的或热固性体系相反，相变组合物是可再加工的并且可以容易且干净地从设备中除去以用于维护和修理，并且重新定位而不对设备造成损坏。
[0014]电子设备的内部设计可以包括不规则形状的腔，所述不规则形状的腔可能难以用固体相变材料完全填充以使吸热能力最大化。本文公开的相变组合物具有这样的益处：当经受温度和/或压力时，相变组合物流动并且可以容易地插入到这样设备的不规则形状的腔中以使吸热能力最大化。在冷却或移除压力之后，相变组合物无法流动，并因此在设备的运行温度(例如，低于100℃或低于50℃)下不会从设备中泄漏。
[0015]相变组合物包含热塑性聚合物、相变材料和导热颗粒的混合物的合并。任选地，相变组合物还包含0.5重量百分比至5重量百分比的碳纤维、添加剂组合物、或其组合。相变材料和热塑性聚合物组合物被选择成具有良好的相容性，从而允许相变材料以与热塑性聚合物组合物的相容共混物存在。相变组合物在室温(25℃)和标准压力下不表现出明显的流动。
[0016]热塑性聚合物组合物、相变材料、导热颗粒、任选的碳纤维、和任选的添加剂组合物的仔细选择允许调节相变组合物的特性。
[0017]相变组合物的根据ASTM D3418通过差示扫描量热法确定的转变温度为至少0℃、至少5℃、至少10℃、至少15℃、至少20℃、至少25℃、至少30℃、至少35℃、至少40℃、或至少45℃并且高至50℃、高至55℃、高至60℃、高至65℃、高至70℃、高至75℃、高至80℃、高至85℃、高至90℃、或高至95℃。转变温度的示例性范围包括0℃至95℃、5℃至70℃、20℃至65℃、25℃至60℃、25℃至70℃、30℃至50℃、35℃至45℃、35℃至50℃、30℃至95℃、或35℃至
95℃。在一些实施方案中，相变组合物的根据ASTM D3418通过差示扫描量热法确定的熔化热为至少80焦耳/克(J/g)、至少100J/g、至少120J/g、至少140J/g、至少150J/g、至少180J/g、至少200J/g，优选至少120J/g，更优选至少140J/g。
[0018]相变组合物具有可逆的、可调节的热导率，在低于相变组合物的转变温度的温度下，相变组合物的热导率为至少3.0W/m
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K、至少3.5W/m
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K、至少4.0W/m
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K、至少5.0W/m
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K、或至少10W/m
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K，以及在高于相变组合物的转变温度的温度下，组合物的热导率为至本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种导热相变组合物，以组合包含：5重量百分比至25重量百分比的热塑性聚合物；20重量百分比至45重量百分比的相变材料；和30重量百分比至65重量百分比的导热颗粒，其中重量百分比基于所述组合物的总重量并且总计为100重量百分比，以及其中在低于所述相变材料的转变温度的温度下所述组合物的热导率为至少3.0W/m
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K，以及在高于所述相变材料的所述转变温度的温度下所述组合物的热导率为至少2.0W/m
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K，其中热导率根据ASTM E1530确定。2.根据权利要求1所述的相变组合物，其中所述热塑性聚合物包含弹性体嵌段共聚物、弹性体接枝共聚物、弹性体无规共聚物、或其组合。3.根据前述权利要求中任一项所述的相变组合物，其中所述热塑性聚合物包含苯乙烯类嵌段共聚物。4.根据前述权利要求中任一项所述的相变组合物，其中所述相变材料包含烷烃、脂肪酸、脂肪酸酯、植物油、或其组合。5.根据前述权利要求中任一项所述的相变组合物，其中所述相变材料的所述转变温度为10℃至95℃。6.根据前述权利要求中任一项所述的相变组合物，其中所述导热颗粒包括氮化硼、二氧化硅、氧化铝、氧化锌、氧化镁、碳纤维、石墨、氮化铝、或其组合。7.根据前述权利要求中任一项所述的相变组合物，还包含0.5重量百分比至5重量百分比的碳纤维，其中重量百分比基于所述组合物的总重量并且总计为100重量百分比。8.根据前述权利要求中任一项所述的相变组合物，还包含添加剂组合物，其中所述添加剂组合物包含阻燃剂、热稳定剂、抗氧化剂、绝热填料、磁性填料、...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭奎天，大卫，
申请(专利权)人：罗杰斯公司，
类型：发明
国别省市：