CN108912829B - 绝缘散热油墨及绝缘散热屏蔽罩的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及绝缘散热材料技术领域，具体涉及绝缘散热油墨及绝缘散热屏蔽罩的制备方法，其中，绝缘散热油墨，包括如下重量份的原料：聚全氟乙丙烯48‑60份、聚甲醛36‑50份、环氧树脂30‑45份、导热填料50‑60份、流平剂4‑8份、触变增稠剂4.5‑9份、固化交联催化剂8‑12份、偶联剂15‑30份、溶剂34‑68份、颜填料15‑25份，具有高导热系数和优异的介电性能、热稳定性、韧性和耐老化性能。

Description

绝缘散热油墨及绝缘散热屏蔽罩的制备方法

技术领域

本发明涉及绝缘散热材料技术领域，具体涉及绝缘散热油墨及绝缘散热屏蔽罩的制备方法。

背景技术

屏蔽罩是用来屏蔽外接电磁波对内部电路的影响和内部产生的电磁波向外辐射的工具，主要应用于手机，GPS等领域。屏蔽罩的材料一般采用0.2mm厚的不锈钢和洋白铜为材料，其中洋白铜不仅是一种容易上锡的金属屏蔽材料，同时也具备一定的导电性，由洋白铜制成的屏蔽罩可能会与电子元件或PCB板发生电性连接，造成电子元件断路或造成电路板的短路，影响电子产品的正常、稳定的工作。同时，电子产品元器件在工作时均会发热，当电子产品内部的热量不能通过屏蔽罩及时扩散到电子产品外部时，可能会造成电子产品内部热量集中，使电子元器件温度升高导致死机或元器件烧毁的问题。因此，屏蔽罩的散热性能及绝缘性能对电子产品的使用寿命至关重要。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的第一目的在于提供一种绝缘散热油墨，具有高导热系数和优异的介电性能、热稳定性、韧性和耐老化性能。

本发明的第二目的在于提供一种绝缘散热屏蔽罩的制备方法，制得的绝缘散热屏蔽罩的导热系数在110-118W/(m·k)之间，电气强度在105-110.5KV/mm之间，体积电阻率在1.15x10¹⁵-1.48x10¹⁵Ω·cm之间，表面电阻率在1.59x10¹⁵-1.81x10¹⁵Ω之间，机械性能好。

本发明的第一目的通过下述技术方案实现：一种绝缘散热油墨，包括如下重量份的原料：聚全氟乙丙烯48-60份、聚甲醛36-50份、环氧树脂30-45份、导热填料50-60份、流平剂4-8份、触变增稠剂4.5-9份、固化交联催化剂8-12份、偶联剂15-30份、溶剂34-68份、颜填料15-25份。

本发明通过采用上述重量份数的原料制备绝缘散热油墨，制得的绝缘散热油墨具有高导热系数和优异的介电性能、热稳定性、韧性和耐老化性能。

聚甲醛具有电绝缘强度高、力学性能优良、耐疲劳性能好的特点，而聚全氟乙丙烯不仅具有优异的绝缘性能，且其本身具有一定的阻燃性，将聚甲醛、聚全氟乙丙烯和环氧树脂进行共混聚合形成具有绝缘阻燃性能的树脂基体，然后将导热填料填充于树脂基体中，并在其它助剂的协同作用下，使制得的绝缘散热油墨导热性能及介电性能优异，固化后的墨层还具有阻燃性能佳，附着力好，力学性能优良。

本发明通过添加上述重量份数的偶联剂对导热填料进行表面改性，提高导热填料树脂基体的相容性，有利于填料均匀分散于树脂基体中，有利于导热填料树脂基体中形成导热网络，并降低界面热阻，更有利于提高油墨的绝缘散热性能。当偶联剂的添加量大于30重量份时，过量的偶联剂会分散于树脂基体中造成声子散射，导致油墨的热导率降低。当偶联剂的添加量小于15重量份时，偶联剂不能对导热填料进行充分改性，使制得的绝缘散热油墨导热性能下降。

采用上述重量份数的流平剂可改善绝缘散热油墨施工过程中的传递性和在金属材料表面的流平性能，使绝缘散热油墨能够均匀遮盖金属材料表面，使涂覆有绝缘散热油墨的金属材料绝缘性能好，不出现漏电情况。当流平剂的添加量大于8重量份时，由于界面张力悬殊，不利于绝缘散热油墨在金属材料表面流平，会使金属材料表面出现墨层收缩而无法均匀遮盖金属材料表面，使涂覆有绝缘散热油墨的金属材料绝缘性能下降，出现漏电情况。当流平剂的添加量小于4重量份时，油墨表面张力过小，会影响绝缘散热油墨施工过程中的传递性和在金属材料表面的流平性能。

采用上述重量份的固化交联催化剂时，绝缘散热油墨的固化速度快，且固化后的墨层介电性能优异，导热系数高，且具有高硬度和高韧性。当固化交联催化剂的添加量高于12重量份或者低于8重量份时，绝缘散热油墨的绝缘性能下降，且附着性能较差。

通过添加上述重量份数的触变增稠剂调整绝缘散热油墨的触变性,提高粘度，同时使单次印刷墨层厚度增加，可达100μm，提高固化后墨层的绝缘散热性能。当触变增稠剂的添加量过低时，制得的绝缘散热油墨粘性过低，不利于施工，当添加量过高时，制得的绝缘散热油墨绝缘散热性能下降。

本发明进一步设置为：所述导热填料为金属氧化物、金属氮化物和碳化物中的至少一种。

金属氧化物、金属氮化物和碳化物不仅具有导热性能，还具有绝缘性能，采用上述的导电填料不仅可提高导电性能，还有利于提高电绝缘性能。

其中，金属氧化物可以为BeO、MgO、Al₂O₃、CaO、NiO等；金属氮化物可以为AlN、BN等；碳化物可以为SiC、B₄C₃等。

本发明进一步设置为：所述导热填料的平均粒径为8-10μm。

通过采用上述粒径的导热填料，有利于导热填料在树脂基体中形成有效的导热网链，提高绝缘散热油墨的导热性能，上述粒径的导热填料还与树脂基体具有优良的力学协同作用，有利于提高绝缘散热油墨固化后墨层的抗冲击强度和弯曲强度。当导热填料的粒径小于8μm时，固化后的墨层力学性能较差，抗冲击强度和弯曲强度均明显下降，当导热填料的粒径大于10μm时，导热填料在树脂基体中形成导热网链的几率较低，使制成的绝缘散热油墨的导热性能下降。

本发明进一步设置为：所述流平剂为聚醚改性有机硅氧烷流平剂、聚二甲基硅氧烷流平剂、有机硅改性聚硅氧烷流平剂、有机改性聚硅氧烷丙烯酸流平剂、甲基硅油中的至少一种。

上述流平剂悬浮稳定性好，附着力佳，且极易分散和溶解，透明度高，不影响墨层表面光泽，可以提高树脂基体的相容性，使制得的绝缘散热油墨性质均一稳定，不易出现分层现象，且能降低绝缘散热油墨的表面张力，控制绝缘散热油墨表面流动的能力，使制得的绝缘散热油墨抗缩孔、抗粘连性能佳，提高绝缘散热油墨的层间附着力。

优选地，聚醚改性有机硅氧烷流平剂可选用1080流平剂、1090流平剂、1070流平剂、1071流平剂；有机硅改性聚硅氧烷流平剂可选用1060流平剂，具有很好的耐热性，耐热温度200-220℃；有机改性聚硅氧烷丙烯酸流平剂可选用1073流平剂、1074流平剂。

本发明进一步设置为：所述触变增稠剂为气相法白炭黑、钠基膨润土、有机膨润土、硅藻土、凹凸棒土、硅酸铝中的任意一种。上述的触变增稠剂具有良好的悬浮性和分散性，更有利于提高固化后墨层的绝缘散热性能。

本发明进一步设置为：所述固化交联催化剂对甲苯磺酸、三氟化硼、顺丁烯二酸酐、邻苯二甲酸酐、双氰胺和三氮化硼乙胺络合物中的至少一种。

采用上述的固化交联催化剂固化速度快，且固化后的墨层介电性能优异，导热系数高，且具有高硬度和高韧性。其中，顺丁烯二酸酐、邻苯二甲酸酐不仅可以引进酸酐分子链上具有韧性的分子链，还能增加环氧树脂的交联密度，提高树脂基体的绝缘性能，以及油墨的散热性能，有效降低绝缘散热油墨的固化时间、提高固化后漆膜的韧性以及光泽度。

本发明进一步设置为：所述偶联剂为3-缩水甘油基氧丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、苯胺甲基三乙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、焦磷酸酯钛酸酯和乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷中的至少一种。

本发明通过采用上述种类的偶联剂，能与其他原料相配合作用、协同反应，有效提高各原料间的紧密结合，能提高树脂基体与导热填料之间的界面性能，提高原料的分散性、黏性、相容性和加工性能，使制得的绝缘散热油墨具有较佳的耐热性、分散性、粘结力，具有优异的电绝缘性能和散热性能；其中，采用的乙烯基三乙氧基硅烷可有效提高各原料之间的亲和力，增强油墨的强度；采用的γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷提高组合物的机械性能、电气性能和耐候性能，粘合力佳，耐久性强；采用的甲基三乙氧基硅烷能有效提高组合物的抗冲性能、流变性、加工性和稳定性等性能。

本发明进一步设置为：所述溶剂为环己酮、甲苯、二甲苯、乙醇、丙酮、丁醇和甲乙酮中的至少一种。

将树脂基体和导热填料与上述溶剂进行混合，可制得粘度适宜的绝缘散热油墨，提高绝缘散热油墨的施工性能，使其不易出现堆漆现象，同时，制得的绝缘散热油墨成膜性能优异，各原料组份均匀稳定地分散于树脂基体内，提高绝缘散热油墨的稳定性、耐候性能和机械性能，且成膜后的墨层具有优异绝缘性能，高导热系数以及高附着力，性质稳定的绝缘散热油墨更有利于贮存。

本发明进一步设置为：所述绝缘散热油墨的粘度为200-300dPa·s。

上述粘度的绝缘散热油墨施工性能良好，不易出现堆漆现象，且附着力高。

本发明的第二目的通过下述技术方案实现：一种绝缘散热屏蔽罩的制备方法，使用上述的绝缘散热油墨，在制作绝缘散热屏蔽罩的金属料带上采用丝网印刷方法按设计要求印制绝缘散热油墨图形以形成绝缘散热层，包括如下步骤：

S1、对待加工的金属料带进行冲压加工出定位孔；

S2、按照绝缘散热屏蔽罩上的绝缘散热层展开形状制作与定位孔位置相匹配的丝印网版，并将所述丝印网版放置到转丝印设备中；

S3、将冲压后的金属料带通过定位孔定位至转丝印设备的印刷处；

S4、将绝缘散热油墨添加到所述丝印网版上对传送至印刷处的金属料带进行印刷；

S5、将印刷完成后的金属料带送至固化设备中进行固化；

S6、将经S5固化后的金属料带送入冲压设备中，进行冲压成型，制得绝缘散热屏蔽罩。

其中，所述固化设备为紫外固化设备或红外固化设备。

本发明的制备方法简单，在对金属料带进行冲压前先对金属料带进行绝缘散热加工处理，使得冲压成型后无须再进行手工贴合绝缘散热膜，极大地减少生产成本以及人工劳动强度，通过丝印的方式，实现设备替代人工贴膜，提高散热屏蔽罩的良品率。通过丝网印刷的方式制备屏蔽罩的绝缘散热层，相比采用贴膜的方式，其生产效率以及成品率均较高，且采用本发明的绝缘散热油墨可有效降低绝缘散热层的厚度，散热层厚度为0.005-0.008mm时，绝缘散热屏蔽罩便可具有优异的绝缘散热性能，此时的绝缘散热屏蔽罩的导热系数在110-118W/(m·k)之间，电气强度在105-110.5KV/mm之间，体积电阻率在1.15x10¹⁵-1.48x10¹⁵Ω·cm之间，表面电阻率在1.59x10¹⁵-1.81x10¹⁵Ω之间，保证不影响屏蔽罩内部的电子元件的正常使用。

本发明的有益效果在于：

1、本发明将聚甲醛、聚全氟乙丙烯和环氧树脂进行共混聚合形成具有绝缘阻燃性能的树脂基体，然后将导热填料填充于树脂基体中，并在其它助剂的协同作用下，使制得的绝缘散热油墨导热性能及介电性能优异，固化后的墨层还具有阻燃性能佳，附着力好，力学性能优良；

2、本发明所制得的绝缘屏蔽罩电气强度在105-110.5KV/mm之间，体积电阻率在1.15x10¹⁵-1.48x10¹⁵Ω·cm之间，表面电阻率在1.59x10¹⁵-1.81x10¹⁵Ω之间，绝缘性能优异，绝缘散热屏蔽罩的导热系数在110-118W/(m·k)之间，散热性能优异，而绝缘散热层在屏蔽罩表面的附着力可达一级，柔韧性良好，柔韧性测试在5-8mm之间；

3、本发明的绝缘散热屏蔽罩的制备方法，通过丝网印刷的方式制备屏蔽罩的绝缘散热层，相比采用贴膜的方式，其生产效率以及成品率均较高，且采用本发明的绝缘散热油墨可有效降低绝缘散热层的厚度，散热层厚度为0.005-0.008mm时，绝缘散热屏蔽罩便可具有优异的绝缘散热性能。

附图说明

图1是本发明中将绝缘散热油墨印刷在制作绝缘散热屏蔽罩的金属料带的示意图。

图中：1、金属料带；2、散热层；3、定位孔。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例及附图1对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。

实施例1

一种绝缘散热油墨，包括如下重量份的原料：聚全氟乙丙烯48份、聚甲醛36份、环氧树脂30份、AlN导热填料50份、甲基硅油流平剂4份、有机膨润土触变增稠剂4.5份、甲苯磺酸固化交联催化剂8份、3-缩水甘油基氧丙基三甲氧基硅烷偶联剂15份、环己酮溶剂34份、颜填料15份。

其中，导热填料的粒径为8μm；绝缘散热油墨的粘度为200dPa·s。

一种绝缘散热屏蔽罩的制备方法，使用上述的绝缘散热油墨，在制作绝缘散热屏蔽罩的金属料带1上采用丝网印刷方法按设计要求印制绝缘散热油墨图形以形成绝缘散热层2，包括如下步骤：

S1、对待加工的金属料带1进行冲压加工出定位孔3；

S2、按照绝缘散热屏蔽罩上的绝缘散热层2展开形状制作与定位孔3位置相匹配的丝印网版，并将所述丝印网版放置到转丝印设备中；

S3、将冲压后的金属料带1通过定位孔3定位至转丝印设备的印刷处；

S4、将绝缘散热油墨添加到丝印网版上对传送至印刷处的金属料带1进行印刷；

S5、将印刷完成后的金属料带1送至紫外固化设备中进行固化；

S6、将经S5固化后的金属料带1送入冲压设备中，进行冲压成型，制得绝缘散热屏蔽罩。

实施例2

一种绝缘散热油墨，包括如下重量份的原料：聚全氟乙丙烯54份、聚甲醛43份、环氧树脂37.5份、Al₂O₃导热填料55份、1080流平剂6份、凹凸棒土触变增稠剂7份、三氟化硼固化交联催化剂10份、γ-氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂22.5份、丁醇溶剂51份、颜填料20份。

其中，导热填料的粒径为9μm；绝缘散热油墨的粘度为250dPa·s。

一种绝缘散热屏蔽罩的制备方法，本实施例的绝缘散热屏蔽罩的制备方法与实施例1的绝缘散热屏蔽罩的制备方法相同。

实施例3

一种绝缘散热油墨，包括如下重量份的原料：聚全氟乙丙烯60份、聚甲醛50份、环氧树脂45份、SiC导热填料60份、1074流平剂8份、硅藻土触变增稠剂9份、双氰胺固化交联催化剂12份、苯胺甲基三乙氧基硅烷偶联剂30份、甲苯溶剂68份、颜填料25份。

其中，导热填料的粒径为10μm；绝缘散热油墨的粘度为300dPa·s。

一种绝缘散热屏蔽罩的制备方法，本实施例的绝缘散热屏蔽罩的制备方法与实施例1的绝缘散热屏蔽罩的制备方法相同。

实施例4

一种绝缘散热油墨，包括如下重量份的原料：聚全氟乙丙烯54份、聚甲醛43份、环氧树脂37.5份、导热填料55份、流平剂6份、硅酸铝触变增稠剂7份、固化交联催化剂10份、偶联剂22.5份、溶剂51份、颜填料20份。

其中，导热填料为CaO、BN和B4C3按重量比为1:1:1组成的混合物，且导热填料的粒径为9μm。绝缘散热油墨的粘度为250dPa·s。

其中，流平剂为甲基硅油流平剂、1060流平剂按重量比为1.2:3组成的混合物。

固化交联催化剂为顺丁烯二酸酐、邻苯二甲酸酐按重量比为1:1.3组成的混合物。

偶联剂为3-缩水甘油基氧丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、焦磷酸酯钛酸酯按重量比为1:1:1组成的混合物。

溶剂为环己酮、甲苯、二甲苯按重量比为1.3：2:3组成的混合溶液。

一种绝缘散热屏蔽罩的制备方法，本实施例的绝缘散热屏蔽罩的制备方法与实施例1的绝缘散热屏蔽罩的制备方法相同。

对实施例1-4制得的绝缘散热屏蔽罩进行以下性能测试，并将测试结果记录于表1。

表1对实施例1-4制得的绝缘散热屏蔽罩的性能测试结果汇总

由表1可知，本发明所制得的绝缘屏蔽罩电气强度在105-110.5KV/mm之间，体积电阻率在1.15x1015-1.48x1015Ω·cm之间，表面电阻率在1.59x1015-1.81x1015Ω之间，绝缘性能优异，绝缘散热屏蔽罩的导热系数在110-118W/(m·k)之间，散热性能优异，而绝缘散热层2在屏蔽罩表面的附着力可达一级，柔韧性良好，柔韧性测试在5-8mm之间。

上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本发明构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种绝缘散热油墨，其特征在于，包括如下重量份的原料：聚全氟乙丙烯48-60份、聚甲醛36-50份、环氧树脂30-45份、导热填料50-60份、流平剂4-8份、触变增稠剂4.5-9份、固化交联催化剂8-12份、偶联剂15-30份、溶剂34-68份、颜填料15-25份；

所述固化交联催化剂对甲苯磺酸、三氟化硼、顺丁烯二酸酐、邻苯二甲酸酐、双氰胺和三氮化硼乙胺络合物中的至少一种；

所述偶联剂为3-缩水甘油基氧丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、苯胺甲基三乙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、焦磷酸酯钛酸酯和乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷中的至少一种；

所述导热填料为金属氧化物、金属氮化物和碳化物中的至少一种；

所述导热填料的平均粒径为8-10μm；

所述绝缘散热油墨的粘度为200-300dPa·s。

2.根据权利要求1所述的绝缘散热油墨，其特征在于，所述流平剂为聚醚改性有机硅氧烷流平剂、聚二甲基硅氧烷流平剂、有机硅改性聚硅氧烷流平剂、甲基硅油中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的绝缘散热油墨，其特征在于，所述触变增稠剂为气相法白炭黑、钠基膨润土、有机膨润土、硅藻土、凹凸棒土、硅酸铝中的任意一种。

4.根据权利要求1所述的绝缘散热油墨，其特征在于，所述溶剂为环己酮、甲苯、二甲苯、乙醇、丙酮、丁醇和甲乙酮中的至少一种。

5.一种绝缘散热屏蔽罩的制备方法，使用权利要求1-4任意一项所述的绝缘散热油墨，在制作绝缘散热屏蔽罩的金属料带上采用丝网印刷方法按设计要求印制绝缘散热油墨图形以形成绝缘散热层，其特征在于，包括如下步骤：

S1、对待加工的金属料带进行冲压加工出定位孔；

S2、按照绝缘散热屏蔽罩上的绝缘散热层展开形状制作与定位孔位置相匹配的丝印网版，并将所述丝印网版放置到转丝印设备中；

S3、将冲压后的金属料带通过定位孔定位至转丝印设备的印刷处；

S4、将绝缘散热油墨添加到所述丝印网版上对传送至印刷处的金属料带进行印刷；

S5、将印刷完成后的金属料带送至固化设备中进行固化；

S6、将经S5固化后的金属料带送入冲压设备中，进行冲压成型，制得绝缘散热屏蔽罩。

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