專利名稱：一種導熱硅脂組合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于熱界面材料領(lǐng)域，特別提供一種導熱硅脂組合物。
背景技術(shù)：
隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，作為計算機系統(tǒng)核心的中央處理器(CentralProcessing Unit,CPU)的運算速度越來越快，其發(fā)熱量也隨之增大。如果CPU散熱不好，溫度過高，很容易導致計算機在運行過程中出現(xiàn)熱啟動，死機等問題。因此，為CPU提供良好的散熱系統(tǒng)是保證計算機正常工作的重要條件之一。LED是一種新型的注入電致發(fā)光器件，其優(yōu)越性在于節(jié)能。目前，單個LED器件的功率已經(jīng)從最初的毫瓦級躍至現(xiàn)在的數(shù)十瓦級。據(jù)測試，單個LED器件的電光轉(zhuǎn)換效率僅為15%，其余約85%的電能則轉(zhuǎn)化為熱能。當多個LED密集排列組成照明系統(tǒng)時，電能轉(zhuǎn)換為熱能更加嚴重。因此，解決大功率LED的散熱問題也已成為其廣泛應用的先決條件。針對CPU芯片以及大功率LED照明系統(tǒng)等發(fā)熱源的散熱問題，常用的方法是在發(fā)熱源上安裝散熱片。而在CPU等熱源和散熱片之間即使是很光滑的面-面接觸也不可避免地存在一定空隙，空隙的存在將嚴重地影響散熱效果。熱界面材料因為能有效降低熱源和散熱器之間的界面熱阻而得到廣泛應用。導熱硅脂就是其中一種最為常用的導熱介質(zhì)，它是用來填充發(fā)熱源與散熱片之間空隙的材料，將熱源散發(fā)出來的熱量傳導給散熱片，使熱源溫度保持在一個可以穩(wěn)定工作的水平，延長器件的使用壽命，防止熱源因散熱不良而受損。導熱硅脂為硅油加填料混合而成，主要分為兩大類一類是最為常見的白色導熱硅脂，這類導熱硅脂在常溫下是粘稠的液體狀態(tài)，其填料主要為氧化鋁、氮化硼、碳化硅、鋁粉；另一類是灰色導熱硅脂。這類導熱硅脂是在白色導熱硅酯中添加了一定量的石墨，以增強其導熱性能，灰色導熱硅脂的填料一般為石墨、銀粉或高導熱性納米金屬氧化物。在現(xiàn)有聞端導熱娃脂中，添加物一般為銀粉和石墨材料。石墨粉的導熱率一般在150-300ff/(M · K)，銀粉的導熱率也僅為429W/(M · K)，且價格昂貴，對硅脂整體導熱率的提高幫助有限。而單層石墨烯的導熱率為3080-5150W/(M*K)，多層石墨烯的導熱率一般也在1500W/(M · K)以上，遠高于石墨粉以及銀粉的導熱率，作為導熱硅脂的添加物方面的應用，目前尚未見報道。此外，在長期使用過程中，經(jīng)常出現(xiàn)硅油與導熱填料發(fā)生分離的現(xiàn)象，導致導熱硅脂涂層分化、碎裂，導熱性能變差等現(xiàn)象；而若采用高粘度的基礎(chǔ)油，則難以添加高固含量的導熱填料，產(chǎn)品導熱性能比較差。多壁碳納米管(Multi-walled nanotubes,MWNTs)與導熱硅脂的主要成分硅油有著良好的結(jié)合界面，有利于其在導熱硅脂中的分散，能夠提高兩者的相容性和親和力，從而降低二者界面之間的接觸熱阻，提高導熱系數(shù)。
最后，本發(fā)明通過添加相變膠囊顆粒，進一步降低導熱硅脂的熱阻，加快導熱硅脂對熱源的熱量吸收速率，最終形成了一個“點-線-面”的三維大網(wǎng)絡(luò)導熱體系。綜上分析，傳統(tǒng)導熱硅脂中材料對導熱性能提升的空間有限，熱端初始溫度吸收速率較低。因此，對添加物組分的改進很大可能將成為進一步提高導熱硅脂導熱率以及其他性能的有效途徑。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種導熱效率更高，散熱效果更好的導熱硅脂組合物。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供 了一種導熱硅脂組合物，其組成成分及其體積百分比為添加物50% 70%，硅油30% 50%，所述添加物的組成成分為碳納米管、石墨烯和顆粒物。其中，所述的硅油是指二甲基硅油、乙烯基硅油、含氫硅油、苯甲基硅油、羥基硅油、甲基長鏈烷基硅油或季銨鹽烴基改性硅油等有機硅油中的一種或其組合物。其中，所述的硅油在25°C時粘度為50000 500000cSt。其中，所述的添加物中各成分的質(zhì)量比為碳納米管 5% 15%，石墨稀50% 65%，顆粒物20% 45%。其中，所述的碳納米管的純度彡95wt%，灰分彡O. 2wt%,比表面積約為40 300m2/g。其中，所述的顆粒物為包裹石蠟的相變膠囊。其中，所述的相變膠囊的包裹石蠟的材料為無機金屬及其氧化物等.其中，所述無機金屬及其氧化物中的金屬元素為錫、稀土元素、鋅、鋁、鈣、鉬、銀
坐寸ο其中，所述的相變膠囊的粒徑在I IOOum之間。其中，所述導熱硅脂組合物還包括任選的穩(wěn)定劑、阻燃劑、著色劑、觸變劑等其他添加劑成分。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所述導熱硅脂的有益效果是(I)作為添加物之一的單層石墨烯的導熱率為3080_5150W/(M ·Κ)，多層石墨烯的導熱率一般也在1500W/(M · K)以上，遠高于石墨粉的150-300W/(M · K)以及銀粉的429W/(M · K)。石墨烯的加入使得系統(tǒng)整體的導熱系數(shù)有了較大的提高。(2)碳納米管的加入有利于其在導熱硅脂中的分散，并可由此在導熱硅脂中形成一個有效的導熱網(wǎng)絡(luò)，降低界面之間的接觸熱阻，達到提高導熱硅脂導熱性能和延長其使用壽命的目的。(3)選用包裹石蠟的相變膠囊作為無機顆粒，增大了材料的比表面積，顯著地提高熱端初始溫度的吸收速率，起到快速吸熱的功效。(4)本發(fā)明將碳納米管、石墨烯以及金屬無機氧化物包覆的相變膠囊作為添加物的基本組成，最終在流體內(nèi)部形成了點-線-面的全三維網(wǎng)絡(luò)分布，具有高導熱率和良好的流動性，大大提高了導熱硅脂的散熱效率和使用壽命，具有較強的實用價值。
具體實施例方式本發(fā)明提供了一種導熱硅脂組合物，其組成成分及其體積百分比為添加物50% 70%，硅油30% 50%，所述添加物的組成成分為碳納米管、石墨烯和顆粒物。本發(fā)明采用的添加物成分的質(zhì)量百分比如下 碳納米管5% 15%，石墨稀50% 65%，顆粒物 20% 45%上述組合物中所述碳納米管的純度彡95wt%，灰分彡O. 2wt%,比表面積約為40 300m2/g。上述組合物中所述顆粒為包裹石蠟的相變膠囊。上述相變膠囊為含有相變材料的微小容器，粒徑在I IOOum之間。包裹石蠟的材料為納米級的無機金屬及其氧化物等，具體元素包括錫、稀土元素、鋅、鋁、鈣、鉬、銀等。上述組合物中所述的硅油粘度在25°C時為50000 500000cSt，具體為二甲基硅油、乙稀基娃油、含氧娃油、苯甲基娃油、輕基娃油、甲基長鏈燒基娃油或季按鹽經(jīng)基改性娃油等有機硅油中的一種或其組合物。作為任選組分，一些常用的添加劑或填料也可以加入到本發(fā)明的導熱硅脂組合物中，前提是這些任選組分的加入不會削弱本發(fā)明的目的。這些任選組分包括穩(wěn)定劑、阻燃齊U、著色劑、觸變劑等。本發(fā)明還提供了一種導熱硅脂，其是采用上述材料制備而成的。本發(fā)明還提供了一種導熱硅脂組合物，其組成成分及體積百分比為添加物50% 70%，硅油30% 50%，所述添加物的組成成分為碳納米管、石墨烯和顆粒物，所述的添加物中各成分的質(zhì)量比為，碳納米管5% 15%,石墨稀50% 65%，顆粒物20% 45%，所述的硅油是指二甲基硅油、乙烯基硅油、含氫硅油、苯甲基硅油、羥基硅油、甲基長鏈烷基硅油或季銨鹽烴基改性硅油等有機硅油中的一種或其組合物，所述的硅油在25°C時粘度為50000 500000cSt，所述的碳納米管的純度彡95wt%,灰分< O. 2wt%,比表面積約為40 300m2/g,所述的顆粒物為包裹石蠟的相變膠囊，所述包裹石蠟的材料為無機金屬及其氧化物等，所述無機金屬及其氧化物中的金屬元素為錫、稀土元素、鋅、鋁、鈣、鉬、銀等，所述的相變膠囊的粒徑在I IOOum之間。其中，所述導熱硅脂組合物還包括任選的穩(wěn)定劑、阻燃劑、著色劑、觸變劑等其他添加劑成分。
以下結(jié)合實施例，就物料組成方面對本發(fā)明作進一步的詳細說明，但并不作為對本發(fā)明做任何限制的依據(jù)，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對本發(fā)明的各種等價形式的修改均落于本申請所附權(quán)利要求所限定的范圍。最佳實施例I采用的添加物成分及其質(zhì)量比如下碳納米管、石墨烯、顆粒物的質(zhì)量比為1:6: 3，添加物整體與硅油的體積比為6 4。上述最佳實施例中所述碳納米管的純度彡95wt%,灰分< O. 2wt%。上述最佳實施例中所述顆粒物為包裹石蠟的相變膠囊，包括石蠟的材料為氧化鋁，相變溫度為29°C，平均粒徑為60um。上述最佳實施例中所述的硅油選擇粘度在25°C時為500000cSt的二甲基硅油和含氫硅油的混合物。制備方法將質(zhì)量比為6 3的石墨烯與顆粒物倒入少量硅油中進行預混，在機械攪拌的條件下，緩慢加入所需質(zhì)量的碳納米管，同時隨時補充硅油直至所需硅油含量。繼續(xù)機械攪拌半小時后，用對輥研磨機對混合物繼續(xù)研磨一小時，即得最終硅脂。比較例2采用的添加物成分及其質(zhì)量比如下石墨、顆粒的質(zhì)量比為6 4，添加物整體與硅油的體積比為6 4。上述比較例中所述顆粒為氧化鋁，平均粒徑為lOum。上述組合物中所述的硅油選擇粘度在25°C時為500000cSt的二甲基硅油和含氫硅油的混合物。實驗數(shù)據(jù)比較I、導熱硅脂性能對比測試根據(jù)GB 10297-88非金屬固體材料導熱系數(shù)的測定方法_熱線法，測得最佳實施例I制得的導熱硅脂的導熱系數(shù)為4. 2391w/mk，熱阻為O. 000012m2k/w ;對比例2制得的導熱硅脂的導熱系數(shù)為2. 1234w/mk，熱阻為O. 000061m2k/w。2、導熱硅脂應用于CPU散熱的對比測試將最佳實施例I制得的導熱硅脂和對比例2制得的導熱硅脂分別涂敷于CPU芯片上，啟動電源。測試溫度為室溫25°C。10分鐘后測得由最佳實施例所得導熱硅脂涂敷的(PU最高溫度為71 °C，散熱情況良好；而由比較例所得導熱硅脂涂敷的CPU最高溫度高達為89°C，系統(tǒng)顯示溫度異常，電腦處于過熱狀態(tài)。3、導熱硅脂應用于LED散熱的對比測試測試條件LED芯片，功率30W ；太陽花散熱器20W 30W ；起始室溫21 C ;結(jié)束室溫21 C。測試結(jié)果如下表所示。從表中數(shù)據(jù)可見，由最佳實施例所得導熱硅脂熱傳導效率較高，散熱效果較好翅片溫度最高可達到41°C，最大溫差僅為5°C ;而又比較例所得的普通導熱硅脂，翅片最高溫度僅為39°C，且芯片和翅片的溫差最大可達到8°C。同時，由最佳 實施例所得導熱硅脂的吸熱速率快，芯片的溫升較慢，熱量通過導熱硅脂能夠及時傳遞給翅片。表I導熱硅脂LED散熱對比測試結(jié)果
權(quán)利要求
1.一種導熱硅脂組合物，其特征在于，組成成分及其體積百分比為 添加物 50% 70% 硅油 30% 50%， 所述添加物的組成成分為碳納米管、石墨烯和顆粒物。
2.如權(quán)利要求I所述的導熱硅脂組合物，其特征在于所述的硅油是指二甲基硅油、乙烯基硅油、含氫硅油、苯甲基硅油、羥基硅油、甲基長鏈烷基硅油或季銨鹽烴基改性硅油等有機硅油中的一種或其組合物。
3.如權(quán)利要求I或2所述的導熱硅脂組合物，其特征在于所述的硅油在25°C時粘度為 50000 500000cSt。
4.如權(quán)利要求I至3所述的導熱硅脂組合物，其特征在于所述的添加物中各成分的質(zhì)量比為 碳納米管 5% 15% 石墨烯 50% 65% 顆粒物 20% 45%。
5.如權(quán)利要求I至4所述的導熱硅脂組合物，其特征在于所述的碳納米管的純度≥95wt*%,灰分< 0. 2wt%,比表面積約為40 300m2/g。
6.如權(quán)利要求I至5所述的導熱硅脂組合物，其特征在于所述的顆粒物為包裹石蠟的相變膠囊。
7.如權(quán)利要求I至6所述的導熱硅脂組合物，其特征在于所述的相變膠囊的包裹石蠟的材料為無機金屬及其氧化物等.
8.如權(quán)利要求I至7所述的導熱硅脂組合物，其特征在于所述無機金屬及其氧化物中的金屬元素為錫、稀土元素、鋅、鋁、鈣、鉬、銀等。
9.如權(quán)利要求I至8所述的導熱硅脂組合物，其特征在于所述的相變膠囊的粒徑在I IOOum之間。
10.如權(quán)利要求I至9所述的導熱硅脂組合物，其特征在于所述導熱硅脂組合物還包括任選的穩(wěn)定劑、阻燃劑、著色劑、觸變劑等其他添加劑成分。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種導熱硅脂組合物，主要由碳納米管、石墨烯、相變膠囊顆粒物以及硅油組成。其中碳納米管能夠進一步加速熱量的傳導；相變膠囊顆粒物用于提高熱端的初始溫度吸收速率；相變膠囊、碳納米管以及石墨烯在流體內(nèi)部形成最終在流體內(nèi)部形成顆粒(相變膠囊)+線(碳納米管)+平面(石墨烯)的全三維網(wǎng)絡(luò)分布。本發(fā)明所述導熱硅脂組合物具有高導熱率和低熱阻值，大大提高了導熱硅脂的散熱效率和使用壽命，具有較強的實用價值。
文檔編號C08K7/00GK102634212SQ20121011936
公開日2012年8月15日 申請日期2012年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月23日
發(fā)明者張文賓, 錢新明, 陳威 申請人:張文賓, 錢新明, 陳威