CN109929352A - 一种石墨烯散热涂料、铝板散热器散热涂层及制备方法 - Google Patents
一种石墨烯散热涂料、铝板散热器散热涂层及制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及散热材料领域，一种石墨烯散热涂料，包括石墨烯浆料、粘结剂和稀释剂；所述石墨烯浆料包括石墨烯粉体、表面处理剂、溶剂，所述石墨烯粉体为5‑50重量份，表面处理剂为1‑10重量份，溶剂为40‑94重量份，石墨烯粉体的粒径为0.05μm‑50μm所述粘结剂为丙烯酸树脂、环氧树脂、有机硅树脂的一种或或其组合；所述稀释剂为乙二醇、乙二醇丁醚醋酸酯或乙酸丁酯的一种或其组合。本发明还提供了铝板散热器散热涂层及制备方法。
Description
技术领域
本发明涉及散热材料领域，尤其涉及一种石墨烯的散热涂料、散热器涂层及制备方法。
背景技术
目前，随着LED光电技术的飞速发展，电子产品朝着小型化、高功率化、高度集成化等方向发展，造成电子部件的发热量成规模化的迅速增长，由此产生的结果就是MOS管电源模组电子芯片的温度或结温迅速升高，引发MOS管过热保护导致LED液晶显示屏无法正常工作，散热效果直接影响到电子产品性能的稳定性、使用的安全性。
众所周知，MOS管电源模组体积小，空间有限，无法加装具有强制对流功能的散热器和常规鳍片散热器，所以铝板散热器在这种工况条件下非常适合。大量的热会在电子产品的使用过程中会产生，如果散热器没有优良的散热性能，产生的热量无法有效快速散去，将会导致电子产品的寿命和可靠性迅速降低。有研究表明，电子产品温度每上升2℃，其可靠性下降约10%，所以提高散热器的散热性能是电子行业发展的关键。
如何将电子元器件产生的多余热量快速传导并扩散到周围环境或冷却***中，是绝大部分电子产品发展应用的瓶颈之一。铝板散热器在有限空间又需要降温的条件下，作为重要的散热器件在提高散热上起到重要作用。普通铝板在无散热涂料涂覆的情况下，散热能力有限，不能满足现在电子电器对散热的要求，在涂覆散热涂料后期散热能力有大幅度提高。
目前市场上散热涂料性能参差不齐，本专利提供一种散热性能强劲，性能稳定的涂料。
发明内容
本发明提供一种石墨烯散热涂料，其具有优异的散热性能，且性能稳定。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种石墨烯散热涂料，包括石墨烯浆料、粘结剂和稀释剂；
所述石墨烯浆料包括石墨烯粉体、表面处理剂、溶剂，所述石墨烯粉体为5-50 重量份，表面处理剂为1-10重量份，溶剂为40-94重量份，石墨烯粉体的粒径为0.05μm-50μm
所述粘结剂为丙烯酸树脂、环氧树脂、有机硅树脂的一种或或其组合；
所述稀释剂为乙二醇、乙二醇丁醚醋酸酯或乙酸丁酯的一种或其组合。
作为优选的，所述石墨烯的散热涂料其包括由以下重量份原料制备而成，石墨烯浆料 30-80重量份；粘结剂 5-35重量份；稀释剂15-35重量份。
作为优选的，所述石墨烯的散热涂料其包括由以下重量份原料制备而成，石墨烯浆料 35-80重量份；粘结剂 10-30重量份；稀释剂 10-30重量份。
作为优选的，所述石墨烯的散热涂料其包括由以下重量份原料制备而成，石墨烯浆料 55-80重量份；粘结剂 15-25重量份；稀释剂15-25重量份。
作为优选的，所述石墨烯的散热涂料其包括由以下重量份原料制备而成，石墨烯浆料 5-50重量份；粘结剂 1-10重量份；稀释剂40-49重量份。
作为优选的，所述石墨烯粉体的粒径为1μm-35μm。
在第二个技术方案中，本发明提供一种铝板散热器散热涂层，包括底层和上层，所述底层由包括如权利要求1-5任一项所述的石墨烯散热涂料涂覆而成；
所述上层由上层涂料喷涂而成，所述上层涂料包括由以下原料制备而成，石墨烯浆料10-30重量份、氮化硼浆料10-40重量份、炭黑浆料5-20重量份、粘结剂5-15重量份、稀释剂5-60重量份，
所述粘结剂为丙烯酸树脂、环氧树脂、有机硅树脂的一种或其组合；
所述稀释剂为乙二醇、乙二醇丁醚醋酸酯或乙酸丁酯的一种或其组合。
作为优选的，所述上层涂料中的石墨烯浆料包括由石墨烯粉体、表面处理剂、溶剂制备而成，其中石墨烯粉体5-50重量份、表面处理剂1-10重量份、溶剂40-94重量份；
所述氮化硼浆料包括由氮化硼、表面处理剂、溶剂制备而成，其中氮化硼为10-30重量份、表面处理剂为1-10重量份、溶剂为60-89重量份，所述表面处理剂包括酰胺、聚醚一种或其组合；
所述炭黑浆料包括由炭黑、表面处理剂、溶剂制备而成，其中炭黑为10-30重量份、表面处理剂为1-10重量份、溶剂为60-89重量份；所述表面处理剂包括酰胺、聚醚一种或其组合；溶剂为丙二醇甲醚醋酸酯、尼龙酸甲酯、甲苯、丙烯酸丁酯一种或其组合。
在第三个技术方案中，本发明提供一种铝板散热器散热涂层的制作方法，包括以下步骤：
步骤1、将如权利要求1-5任一项所述的石墨烯的散热涂料在气压4-6 Kgf/cm2下喷涂在散热器形成底层，所述底层的厚度小于等于30 μm，然后110 ℃-130 ℃下烘烤30-60min；
步骤2、将烘烤后的散热器冷却至室温后，底层的表面在气压4-6 Kgf/cm2下喷涂如权利要求6所述的上层涂料，所述上层的厚度小于等于30 μm，然后110 ℃-130 ℃下烘烤30-60 min。
作为优选的，在喷涂底层的步骤中，喷枪气压5 Kgf/cm2 ，涂层厚度为20μm，将喷涂有纳米散热涂料层的散热器在120℃下烘烤60 min。
实用本发明的有益效果是：
本涂料适用于金属基如铝基、铜基散热器表面的喷涂。石墨烯散热涂层在整个涂料体系中起到提高涂料热辐射系数的作用，同时又提高了涂料的附着力。在保证涂料热辐射系数的同时，通过涂层的粗糙结构提高了涂料固化后的微观表面积，进一步提高了涂料的散热能力。
具体实施方式
以下结合对本发明进行详细的描述。
一种石墨烯散热涂料，包括石墨烯浆料、粘结剂和稀释剂；石墨烯浆料包括石墨烯粉体、表面处理剂、溶剂，石墨烯粉体为5-50 重量份，表面处理剂为1-10重量份，溶剂为40-94重量份，石墨烯粉体的粒径为0.05μm-50μm粘结剂为丙烯酸树脂、环氧树脂、有机硅树脂的一种或其组合；稀释剂为乙二醇、乙二醇丁醚醋酸酯或乙酸丁酯的一种或其组合。
石墨烯的散热涂料其包括由以下重量份原料制备而成，石墨烯浆料 30-80重量份；粘结剂 5-35重量份；稀释剂15-35重量份。
石墨烯的散热涂料其包括由以下重量份原料制备而成，石墨烯浆料 35-80重量份；粘结剂 10-30重量份；稀释剂 10-30重量份。
石墨烯的散热涂料其包括由以下重量份原料制备而成，石墨烯浆料 55-80重量份；粘结剂 15-25重量份；稀释剂15-25重量份。
石墨烯的散热涂料其包括由以下重量份原料制备而成，石墨烯浆料 5-50重量份；粘结剂 1-10重量份；稀释剂40-49重量份。
优选的，石墨烯粉体的粒径为1μm-35μm。
在第二个技术方案中，本发明提供一种铝板散热器散热涂层，包括底层和上层，底层由包括如权利要求1-5任一项的石墨烯散热涂料涂覆而成；上层由上层涂料喷涂而成，上层涂料包括由以下原料制备而成，石墨烯浆料10-30重量份、氮化硼浆料10-40重量份、炭黑浆料5-20重量份、粘结剂5-15重量份、稀释剂5-60重量份；粘结剂为丙烯酸树脂、环氧树脂、有机硅树脂的一种或其组合；稀释剂为乙二醇、乙二醇丁醚醋酸酯或乙酸丁酯的一种或其组合。
上层涂料中的石墨烯浆料包括由石墨烯粉体、表面处理剂、溶剂制备而成，其中石墨烯粉体5-50重量份、表面处理剂1-10重量份、溶剂40-94重量份；氮化硼浆料包括由氮化硼、表面处理剂、溶剂制备而成，其中氮化硼为10-30重量份、表面处理剂为1-10重量份、溶剂为60-89重量份，表面处理剂包括酰胺、聚醚一种或其组合；炭黑浆料包括由炭黑、表面处理剂、溶剂制备而成，其中炭黑为10-30重量份、表面处理剂为1-10重量份、溶剂为60-89重量份；表面处理剂包括酰胺、聚醚一种或其组合；溶剂为丙二醇甲醚醋酸酯、尼龙酸甲酯、甲苯、丙烯酸丁酯一种或其组合。
在第三个技术方案中，本发明提供一种铝板散热器散热涂层的制作方法，包括以下步骤：
步骤1、将如权利要求1-5任一项的石墨烯的散热涂料在气压4-6 Kgf/cm2下喷涂在散热器形成底层，底层的厚度小于等于30 μm，然后110 ℃-130 ℃下烘烤30-60 min；
步骤2、将烘烤后的散热器冷却至室温后，底层的表面在气压4-6 Kgf/cm2下喷涂如权利要求6的上层涂料，上层的厚度小于等于30 μm，然后110 ℃-130 ℃下烘烤30-60 min。
作为优选的，在喷涂底层的步骤中，喷枪气压5 Kgf/cm2 ，涂层厚度为20μm，将喷涂有纳米散热涂料层的散热器在120℃下烘烤60 min。
下面通过实施例详细说明本技术方案。
本实施例所述用的原料均为市售。原材料型号及出处具体如下：
粘结剂： 低羟值丙烯酸树脂MR-767 ；
固化剂: 氨基环氧树脂MR-818 ；
石墨烯：深圳市国创珈伟石墨烯科技有限公司；
氮化硼： 20um-60um；
炭黑： 20nm-50nm ；
稀释剂：乙酸丁酯；
溶剂： 丙二醇甲醚醋酸酯；
表面润湿剂：BYK-101，德国毕克。
石墨烯粉体，其作用是导热、储热、散热，平均粒径为0.05μm—50μm，优选为1μm—35μm。该石墨烯粉体其形貌可以是球形、类球形、棒形、片状以及不规则的形状。该石墨烯粉体可以是还原石墨烯、氧化石墨烯、石墨烯微片。可以是一种，也是两种或三种石墨烯的混合物。
氮化硼粉体，其作用是导热，绝缘，耐腐蚀，耐磨。粒径为0.05-100μm，该氮化硼为六方氮化硼，优选粒径为5-20μm.
炭黑粉体，其作用是提高热辐射系数，耐磨。粒径为0.02-100μm，该氮化硼为六方氮化硼，优选粒径为20nm.
表面处理剂，主要起表面处理剂的作用，目的是对石墨烯粉体进行亲油性处理，提高石墨烯粉体的表面润湿性，可以使石墨烯粉体在稀释剂中的更均匀分散。本实施例中，选用长链酰胺，聚醚。
粘结剂其目的是使石墨烯粉体与散热器有机结构，为丙烯酸树脂、环氧树脂、有机硅树脂的一种或其组合。
稀释剂其目的是将石墨烯粉体有效分散均匀，一般使用乙二醇、、乙二醇丁醚醋酸酯或乙酸丁酯中的一种或其组合。
丙二醇甲醚醋酸酯、尼龙酸甲酯、甲苯、丙烯酸丁酯一种或其组合。
实施例1
铝板散热器散热涂层包括石墨烯浆料10重量份，石墨烯浆料包括石墨烯粉体50重量份、溶剂为丙二醇甲醚醋酸酯40 重量份、表面处理剂BYK 101 10重量份；
氮化硼浆料 40 重量份，氮化硼浆料包括氮化硼粉体30重量份、溶剂为丙二醇甲醚醋酸酯60 重量份、表面处理剂10重量份；
炭黑浆料 40 重量份，炭黑浆料包括炭黑粉体30重量份、溶剂为丙二醇甲醚醋酸酯，60重量份、表面处理剂10重量份；
粘结剂为低羟值丙烯酸树脂MR-767和氨基环氧树脂MR-818 5重量份；
稀释剂为乙酸丁酯，45 重量份。
涂料的制备方法如下：
取如上比例的中石墨烯粉体、表面处理剂、粘结剂和稀释剂的比例称量好，先将部分粘结剂、稀释剂、表面处理剂混合，然后加入石墨烯粉体进行混合后搅拌，得到混合物。
将混合物进行砂磨或球磨，所得物即为散热器用石墨烯浆料。
取如上比例的中氮化硼粉体、表面处理剂、粘结剂和稀释剂，按照比例称量好，先将粘结剂、稀释剂、表面处理剂混合，然后加入氮化硼进行混合后搅拌，得到混合物。
将混合物进行砂磨或球磨，所得物即为用氮化硼浆料。
取如上比例的中炭黑粉体、表面处理剂、粘结剂和稀释剂，按照比例称量好，先将粘结剂、稀释剂、表面处理剂混合，然后加入氮化硼进行混合后搅拌，得到混合物。采用具有冰水冷却***的砂磨机对石墨烯浆料、氮化硼浆料和炭黑浆料进行搅拌混合。
实施例2
铝板散热器散热涂层包括石墨烯浆料 25 重量份，石墨烯浆料包括石墨烯粉体50重量份、溶剂为丙二醇甲醚醋酸酯40 重量份、表面处理剂BYK101 10重量份；
氮化硼浆料 40 重量份，氮化硼浆料包括氮化硼粉体30重量份、溶剂为丙二醇甲醚醋酸酯60 重量份、表面处理剂为BYK101 10重量份；
炭黑浆料 50 重量份，炭黑浆料包括炭黑粉体30重量份、溶剂为丙二醇甲醚醋酸酯60重量份、表面处理剂10重量份；
粘结剂为低羟值丙烯酸树脂MR-767和氨基环氧树脂MR-818，粘结剂5重量份；
稀释剂为乙酸丁酯 30重量份。
制备方法与实施例1相同。
实施例3
石墨烯浆料20 重量份，石墨烯浆料包括石墨烯粉体50重量份、溶剂为丙二醇甲醚醋酸酯40 重量份、表面处理剂BYK101 10重量份；
氮化硼浆料80 重量份，氮化硼浆料包括氮化硼粉体30重量份、溶剂为丙二醇甲醚醋酸酯60 重量份、表面处理剂10重量份；
炭黑浆料 80 重量份，炭黑浆料包括炭黑粉体 30重量份、溶剂为丙二醇甲醚醋酸酯60重量份、表面处理剂10重量份；
粘结剂为低羟值丙烯酸树脂MR-767和其固化剂氨基环氧树脂MR-818，粘结剂5重量份；
稀释剂为乙酸丁酯，15重量份。
制备方法与实施例1相同。
对比例1
石墨烯浆料 80 重量份，石墨烯浆料包括石墨烯粉体50重量份，溶剂为丙二醇甲醚醋酸酯，40 重量份，表面处理剂位BYK101， 10重量份；粘结剂为低羟值丙烯酸树脂MR-767和氨基环氧树脂MR-818， 15重量份；稀释剂为乙酸丁酯 5重量份。
对比例2
石墨烯浆料 40 重量份，石墨烯浆料包括石墨烯粉体50重量份，溶剂为丙二醇甲醚醋酸酯，40 重量份，表面处理剂BYK 101 10重量份；氮化硼浆料 40 重量份，包括氮化硼粉体30重量份，溶剂为丙二醇甲醚醋酸酯，60重量份，表面处理剂10重量份；粘结剂为低羟值丙烯酸树脂MR-767和其固化剂氨基环氧树脂MR-818， 20重量份；
表1 实施例和对比例的散热涂料性能参数表
| 参数 | 空白散热器 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 对比例1 | 对比例2 |
| 图层厚度 | 0 um | 15~30um | 15~30um | 15~30um | 15~30um | 15~30um |
| 室温（℃） | 25 | 25 | 25 | 25 | 25 | 25 |
| 平衡温度（℃） | 79 | 72 | 70 | 69 | 73 | 73 |
| 降温幅度（℃） | ／ | 7 | 9 | 10 | 6 | 6 |
| 热辐射系数 | 0.05 | 0.94 | 0.96 | 0.97 | 0.99 | 0.65 |
综合分析表1数据，实施例3的综合性能最优，实施例3的降温幅度达到了10℃，其热辐射系数也能保持在较好的水平。实施例1和实施例2轴向降温幅度不佳，原因是石墨烯的含量较低所致，当石墨烯含量提高以后，图层的热附属系数有所提升，另外双层涂料的喷涂结构相对于对比例更能够发挥散热涂料的性能。
本发明还提供一种散热器散热涂层的制作方法，其包括以下步骤：
将取40-60重量份稀释剂、1-10重量份表面处理剂混合，然后再加入 30-80重量份石墨烯粉体进行混合并搅拌，得到混合物，再将所述混合物砂磨或球磨，得到石墨烯浆料；取如前所述的石墨烯浆料、粘结剂、稀释剂混合后充分搅拌得到石墨烯散热涂料。
将如前所述的石墨烯的散热涂料在气压4-6 Kgf/cm2下喷涂在散热器形成底层，所述底层的厚度小于等于30 μm，然后110 ℃-130 ℃下烘烤30-60 min。
将烘烤后的散热器冷却至室温后，底层的表面在气压4-6 Kgf/cm2下喷涂如前述的上层涂料，所述上层的厚度小于等于30 μm，然后110 ℃-130 ℃下烘烤30-60 min。
优选的，在喷涂底层的步骤中，喷枪气压5 Kgf/cm2 ，涂层厚度为20μm，将喷涂有纳米散热涂料层的散热器在120℃下烘烤60 min。
本涂料适用于金属基如铝基、铜基散热器表面的喷涂。石墨烯散热涂层在整个涂料体系中起到提高涂料热辐射系数的作用，同时又提高了涂料的附着力。在保证涂料热辐射系数的同时，通过涂层的粗糙结构提高了涂料固化后的微观表面积，进一步提高了涂料的散热能力。
最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上可以作出许多变化，只要这些变化未脱离本发明的构思，均属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种石墨烯散热涂料，其特征在于：包括石墨烯浆料、粘结剂和稀释剂；所述石墨烯浆料包括石墨烯粉体、表面处理剂、溶剂，所述石墨烯粉体为5-50 重量份，表面处理剂为1-10重量份，溶剂为40-94重量份，石墨烯粉体的粒径为0.05μm-50μm
所述粘结剂为丙烯酸树脂、环氧树脂、有机硅树脂的一种或或其组合；
所述稀释剂为乙二醇、乙二醇丁醚醋酸酯或乙酸丁酯的一种或其组合。
2.根据权利要求1所述的石墨烯散热涂料，其特征在于：所述石墨烯的散热涂料其包括由以下重量份原料制备而成，石墨烯浆料 30-80重量份；粘结剂 5-35重量份；稀释剂15-35重量份。
3.根据权利要求1所述的石墨烯散热涂料，其特征在于：所述石墨烯的散热涂料其包括由以下重量份原料制备而成，石墨烯浆料 35-80重量份；粘结剂 10-30重量份；稀释剂 10-30重量份。
4.根据权利要求1所述的石墨烯散热涂料，其特征在于：所述石墨烯的散热涂料其包括由以下重量份原料制备而成，石墨烯浆料 55-80重量份；粘结剂 15-25重量份；稀释剂15-25重量份。
5.根据权利要求1所述的石墨烯散热涂料，其特征在于：所述石墨烯的散热涂料其包括由以下重量份原料制备而成，石墨烯浆料 5-50重量份；粘结剂 1-10重量份；稀释剂40-49重量份。
6.如权利要求1所述的石墨烯的散热涂料，其特征在于：所述石墨烯粉体的粒径为1μm-35μm。
7.一种铝板散热器散热涂层，其特征在于：包括底层和上层，所述底层由包括如权利要求1-5任一项所述的石墨烯散热涂料涂覆而成；所述上层由上层涂料喷涂而成，所述上层涂料包括由以下原料制备而成，石墨烯浆料10-30重量份、氮化硼浆料10-40重量份、炭黑浆料5-20重量份、粘结剂5-15重量份、稀释剂5-60重量份，所述粘结剂为丙烯酸树脂、环氧树脂、有机硅树脂的一种或其组合；所述稀释剂为乙二醇、乙二醇丁醚醋酸酯或乙酸丁酯的一种或其组合。
8.根据权利要求7所述的铝板散热器散热涂层，其特征在于：所述上层涂料中的石墨烯浆料包括由石墨烯粉体、表面处理剂、溶剂制备而成，其中石墨烯粉体5-50重量份、表面处理剂1-10重量份、溶剂40-94重量份；所述氮化硼浆料包括由氮化硼、表面处理剂、溶剂制备而成，其中氮化硼为10-30重量份、表面处理剂为1-10重量份、溶剂为60-89重量份，所述表面处理剂包括酰胺、聚醚一种或其组合；所述炭黑浆料包括由炭黑、表面处理剂、溶剂制备而成，其中炭黑为10-30重量份、表面处理剂为1-10重量份、溶剂为60-89重量份；所述表面处理剂包括酰胺、聚醚一种或其组合；溶剂为丙二醇甲醚醋酸酯、尼龙酸甲酯、甲苯、丙烯酸丁酯一种或其组合。
9.一种铝板散热器散热涂层的制作方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1、将如权利要求1-5任一项所述的石墨烯的散热涂料在气压4-6 Kgf/cm2下喷涂在散热器形成底层，所述底层的厚度小于等于30 μm，然后110 ℃-130 ℃下烘烤30-60min；
步骤2、将烘烤后的散热器冷却至室温后，底层的表面在气压4-6 Kgf/cm2下喷涂如权利要求6所述的上层涂料，所述上层的厚度小于等于30 μm，然后110 ℃-130 ℃下烘烤30-60 min。
10.根据权利要求9所述的铝板散热器散热涂层的制作方法，其特征在于：在喷涂底层的步骤中，喷枪气压5 Kgf/cm2 ，涂层厚度为20μm，将喷涂有纳米散热涂料层的散热器在120℃下烘烤60 min。
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| KR20120013914A (ko) * | 2010-08-05 | 2012-02-15 | 한화케미칼 주식회사 | 탄소소재를 이용한 고효율 방열도료 조성물 |
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2019
- 2019-01-19 CN CN201910057000.8A patent/CN109929352A/zh active Pending
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