[发明专利]一种轻质柔性热界面材料及其制备方法

说明书

本发明属于高分子材料技术领域，具体是指一种轻质柔性热界面材料及其制备方法。本发明热界面材料，所述热界面材料为胶乳和导热填料分散液通过真空抽滤法自组装形成的膜材料，所述膜材料中，胶乳中的橡胶微粒分布在导热填料之间，并且导热填料沿着垂直于膜厚度方向形成取向结构；其中，所述导热填料为片状或棒状的导热填料，导热填料与胶乳的比例为：导热填料50～1000重量份，胶乳100重量份。本发明所得热界面材料具有较高的导热系数，较好柔韧性，较小的硬度，较小的密度，较小的厚度和可弯曲折叠的高性能。

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，具体是指一种轻质柔性热界面材料及其制备方法。

背景技术

随着电子电器设备的微型化、高度集成化、高性能化和多功能化的飞速发展，电子电器设备使用过程中产生的热量越来越多，对电子电器设备的性能影响越来越大，从而使电子电器使用过程中的散热问题变得越来越重要。有研究表明电子设备的失效率会随着温度的升高而呈指数上升。而对于任何冷却体系和结构而言，散热器都是必不可少的组成部件。为了实现电子电器设备使用过程中的有效散热，高性能的热界面材料正获得日益广泛的使用和关注。其关键在于最大程度地减少电子设备与散热器之间的空气层，当两个粗糙平面接触时首先接触的是较高的突起部分，空气在接触面所占的比例高达99％，界面处空气的导热系数为0.024W/mK。实际使用过程中，热界面材料填充电子电器设备与散热器之间，以尽可能的减少热界面材料与电子电器元件以及散热器之间接触热阻，从而实现热量的高效传递。

传统的热界面材料是将一些导热系数较高的颗粒分散到聚合物材料中形成复合材料，如石墨、氮化硼、氧化硅、氧化铝、银或其他金属等；此种材料的导热性能在很大程度上取决于聚合物载体的性质，其中以油脂、相变材料为载体的复合材料因其使用时为液态而能与热源表面浸润故接触电阻较小。

现有技术中，导热系数高达1940W/mK的纯石墨烯薄膜可通过热压成型方法制备，但其苛刻的制备条件(3000℃，300MPa)和较大的脆性限制了其实际应用(AdvancedMaterials.2017；29(27)：1700589)。CN103213973A公开了一种具有较高导热系数的高定向纯石墨导热材料；但由于无机材料和金属材料本身是难以压缩，所以会造成热界面材料与器件较差的接触，最终造成较高的界面热阻；而且较大的密度也会限制其在航空航天，军事等一些领域的应用。

基于此，研究并开发设计一种具高导热性能和较小厚度的轻质柔性热界面材料则非常重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种柔性轻质热界面材料，所得热界面材料具有较高的导热系数，较好柔韧性，较小的硬度，较小的密度，较小的厚度和可弯曲折叠的高性能。

本发明的技术方案：

本发明要解决的第一个技术问题是提供一种热界面材料，所述热界面材料为胶乳和导热填料分散液通过真空抽滤法自组装形成的膜材料，所述膜材料中，胶乳中的橡胶微粒分布在导热填料之间，并且导热填料沿着垂直于膜厚度方向形成取向结构；其中，所述导热填料为片状或棒状的导热填料，导热填料与胶乳的比例为：导热填料50～1000重量份，胶乳100重量份。其中，所述胶乳指橡胶微粒的水分散体系。

进一步，上述热界面材料中，所述导热填料选自：石墨烯、石墨烯微片、氧化石墨烯、天然鳞片石墨、氮化硼、氮化硼纳米片、氧化铝或碳纳米管中至少一种。

进一步，上述热界面材料中，胶乳选自天然胶胶乳，环氧化天然胶胶乳，丁苯胶乳，氯丁胶乳，丁腈胶乳或聚丁二烯胶乳中的一种。橡胶微粒的水分散体系称为胶乳，可分为天然胶乳、合成胶乳和人造胶乳三类。

进一步，所述热界面材料的厚度为0.01～5mm。

进一步，所述热界面材料的密度为0.9～2.25g cm^-3。