CN114316914A - 一种利用回收料制备的隔热增强型热管理材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用回收料制备的隔热增强型热管理材料及其制备方法,其技术方案是:包括回收料30‑40份、石墨粉20‑30份、硅酸钙15‑25份、硅酸铝陶瓷纤维18‑26份、硅藻土10‑16份、聚丙烯腈纤维8‑12份、硅酸镁5‑9份、硅镁铝4‑8份、碳化硅5‑10份、金刚石颗粒14‑18份、阻燃剂4‑8份、硅烷偶联剂4‑8份、聚酰亚胺粘结剂6‑10份、酚醛树脂胶黏剂4‑8份、消泡剂2‑4份,具体步骤如下:S1、回收料筛选;S2、回收料粉碎;S3、混合粉碎研磨;S4、混合搅拌;S5、挤料;S6、冷却造粒;本发明的有益效果是:减少热管理材料的生产成本,利用回收料作为热管理材料的一部分基料,节能环保,且对原材料进行多步骤的粉碎研磨,提高材料利用率,同时提高材料的生产效率和隔热性。

Description

一种利用回收料制备的隔热增强型热管理材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及热管理材料制备领域,具体涉及一种利用回收料制备的隔热增 强型热管理材料及其制备方法。
背景技术
从工程应用的角度而言,对于热管理材料的要求是多方面的,例如,希望 热界面材料在具有高热导率的同时保持高的柔韧性和绝缘性;对于导热封装材 料,则希望高的热导率和与半导体器件相匹配的热膨胀率;对于相变储热材料, 则希望高的储热能力和热传导能力,为了同时兼顾这些特性,将不同的材料复 合化在一起从而达到设计要求的整体性能是热管理材料的发展趋势,性能主要 影响因素有增强体的物性(热导率、热膨胀率、体积分数、形状及尺寸)、基体 的物性(热导率和热膨胀率等)、增强体/基体的界及增强体在基体中的空间分布 (弥散或连续分布),近来人们研究发现,材料的非均的复合构型(如混杂、层状、 环状、双峰、梯度、多孔、双连续/互穿网络、分级、谐波等)更有利于发挥复 合设计的自由度和复合材料中不同元间的协同耦合效应,复合界面(亚微米尺度 界面层)的微观结构精细调控(化学成分、结合状态微观结构及物相组成等)影响 着界面处产生的界面应力、界面化学反应、界面组分偏析、界面结晶等界面效 应,导致界面处热及力学性能的不同。
现有技术存在以下不足:现有的热管理材料在制备过程中其基料都是采用 现买的基料,该基料造价昂贵,使热管理材料生产时成本大大提高,与节能环 保理念冲突,同时在生产热管理材料时,现有的方法未对原料进行预加工处理, 使加工效率低下,且现有的热管理材料的阻燃性和材料稳定性仍然一般,且材 料强度也较差。
因此,发明一种利用回收料制备的隔热增强型热管理材料及其制备方法很 有必要。
发明内容
为此,本发明提供一种利用回收料制备的隔热增强型热管理材料及其制备 方法,以解决热管理材料生产时成本大大提高,与节能环保理念冲突,同时在 生产热管理材料时,现有的方法未对原料进行预加工处理,使加工效率低下, 且现有的热管理材料的阻燃性和材料稳定性仍然一般,且材料强度也较差的问 题。
为了实现上述目的,本发明提供如下技术方案:一种利用回收料制备的隔 热增强型热管理材料,包括以下原料:回收料30-40份、石墨粉20-30份、硅 酸钙15-25份、硅酸铝陶瓷纤维18-26份、硅藻土10-16份、聚丙烯腈纤维8-12 份、硅酸镁5-9份、硅镁铝4-8份、碳化硅5-10份、金刚石颗粒14-18份、阻 燃剂4-8份、硅烷偶联剂4-8份、聚酰亚胺粘结剂6-10份、酚醛树脂胶黏剂 4-8份、消泡剂2-4份。
优选的,所述阻燃剂由30%的磷酸三丁酯、25%的磷酸三(2-乙基己基)酯、 25%的磷酸三(2-氯乙基)酯、20%的磷酸三甲苯酯组成。
优选的,所述碳化硅25℃时热导率为333W/(m·K),200℃时热导率为221W/(m ·K),碳化硅体积含量粒度控制在167-200μm之间。
一种利用回收料制备的隔热增强型热管理材料制备方法,其特征在于:具 体步骤如下:
S1、回收料筛选:将回收料倒入滚筒筛中进行筛选,回收料颗粒由于筛子 的圆周运动而被带起,然后滚落到向上运动的颗粒层表面,进一步地提高筛筒 转速,当转速达到足够高时,回收料颗粒克服重力作用沿筒壁上升,然后沿抛 物线轨迹落回滚筒筛底部,物料处于抛落状态时,筛分效率最高,使回收料中 无用大颗粒杂质留在筛内,最后分离去除;
S2、回收料粉碎:将回收料颗粒中未筛落的大颗粒回收料倒入粉碎机中进 行粉碎,粉碎过程中通过布袋除尘器对粉碎产生的回收料粉尘进行回收,避免 粉尘污染环境以及影响设备加工,收集的粉尘可再次利用;
S3、混合粉碎研磨:将处理好的回收料颗粒和回收料粉尘倒入混合设备中, 并向设备中分别加入石墨粉、硅酸钙、硅酸铝陶瓷纤维、硅藻土、聚丙烯腈纤 维份、硅酸镁、硅镁铝、碳化硅和金刚石颗粒进行混合,同时通过混合设备中 粉碎刀片对原料进行粉碎处理,粉碎处理完成后,将混合粉料倒入研磨机中进 行研磨,使混合粉料的粒径更加细小;
S4、混合搅拌:将研磨完成后的混合粉料倒入混合釜内,并向内倒入阻燃 剂、硅烷偶联剂、聚酰亚胺粘结剂、酚醛树脂胶黏剂和消泡剂,并进行混合搅 拌,混合搅拌过程中,分三层次提高反应釜内的温度,使其内部的原料混合更 加充分;
S5、挤料:将混合制成的热管理材料半成品倒入挤料机中,通过挤料机将 材料挤出,并形成长条形半成品;
S6、冷却造粒:将长条形半成品进行运输,运输过程中对长条形的半成品 进行切断,使长条形的半成品变成颗粒状,加工完成后将颗粒状的半成品运输 到冷却室内进行冷却,使颗粒状半成品固化成颗粒状成品。
优选的,所述步骤S1中,回收料在滚筒筛内滞留40-60s,滚筒筛转速控制 在6-8r/min。
优选的,所述步骤S2中,回收料颗粒在粉碎机中的粉碎时间控制在10-14min, 粉碎的粒径控制在5mm以下。
优选的,所述步骤S3中,混合粉料的粉碎粒径控制在3mm以下,混合粉料 研磨后的粒径控制在1mm以下。
优选的,所述步骤S4中,混合搅拌的第一次加热温度控制在110-120℃, 加热时间控制在30-50min,第二次加热温度控制在150-170℃,加热时间控制 在20-30min,第三次加热温度下降到70-80℃,加热时间控制在20-30min。
优选的,所述步骤S5中,挤料机中挤出的半成品直径控制在0.8-2.4cm。
优选的,所述步骤S6中,冷却温度控制在零下10℃-6℃,冷却时间控制在 120-160min。
本发明的有益效果是:
本发明减少热管理材料的生产成本,利用回收料作为热管理材料的一部分 基料,节能环保,且对热管理材料的原材料进行多步骤的粉碎研磨,使原料更 加细腻,达到提高材料利用率的目的,同时提高热管理材料的质量和提高材料 的生产效率,通过混合阻燃剂对热管理材料进行阻燃性的提高,以及加入一些 金刚石来提高热管理材料的强度,并提高材料的稳定性,通过对回收料进行预 处理的筛选和粉碎,使回收料的利用率提高,同时制得的热管理材料隔热性能 提升。
具体实施方式
以下对本发明的优选实施例进行说明,应当理解,此处所描述的优选实施 例仅用于说明和解释本发明,并不用于限定本发明。
实施例1:
本发明提供的一种利用回收料制备的隔热增强型热管理材料,包括以下原 料:回收料30份、石墨粉20份、硅酸钙15份、硅酸铝陶瓷纤维18份、硅藻 土10份、聚丙烯腈纤维8份、硅酸镁5份、硅镁铝4份、碳化硅5份、金刚石 颗粒14份、阻燃剂4份、硅烷偶联剂4份、聚酰亚胺粘结剂6份、酚醛树脂 胶黏剂4份、消泡剂2份。
进一步地,所述阻燃剂由30%的磷酸三丁酯、25%的磷酸三(2-乙基己基) 酯、25%的磷酸三(2-氯乙基)酯、20%的磷酸三甲苯酯组成。
进一步地,所述碳化硅25℃时热导率为333W/(m·K),200℃时热导率为 221W/(m·K),碳化硅体积含量粒度控制在167-200μm之间。
一种利用回收料制备的隔热增强型热管理材料制备方法,其特征在于:具 体步骤如下:
S1、回收料筛选:将回收料倒入滚筒筛中进行筛选,回收料颗粒由于筛子 的圆周运动而被带起,然后滚落到向上运动的颗粒层表面,进一步地提高筛筒 转速,当转速达到足够高时,回收料颗粒克服重力作用沿筒壁上升,然后沿抛 物线轨迹落回滚筒筛底部,物料处于抛落状态时,筛分效率最高,使回收料中 无用大颗粒杂质留在筛内,最后分离去除,回收料在滚筒筛内滞留40s,滚筒筛 转速控制在6r/min;
S2、回收料粉碎:将回收料颗粒中未筛落的大颗粒回收料倒入粉碎机中进 行粉碎,粉碎过程中通过布袋除尘器对粉碎产生的回收料粉尘进行回收,避免 粉尘污染环境以及影响设备加工,收集的粉尘可再次利用,回收料颗粒在粉碎 机中的粉碎时间控制在10min,粉碎的粒径控制在5mm以下;
S3、混合粉碎研磨:将处理好的回收料颗粒和回收料粉尘倒入混合设备中, 并向设备中分别加入石墨粉、硅酸钙、硅酸铝陶瓷纤维、硅藻土、聚丙烯腈纤 维份、硅酸镁、硅镁铝、碳化硅和金刚石颗粒进行混合,同时通过混合设备中 粉碎刀片对原料进行粉碎处理,粉碎处理完成后,将混合粉料倒入研磨机中进 行研磨,使混合粉料的粒径更加细小,混合粉料的粉碎粒径控制在3mm以下, 混合粉料研磨后的粒径控制在1mm以下;
S4、混合搅拌:将研磨完成后的混合粉料倒入混合釜内,并向内倒入阻燃 剂、硅烷偶联剂、聚酰亚胺粘结剂、酚醛树脂胶黏剂和消泡剂,并进行混合搅 拌,混合搅拌过程中,分三层次提高反应釜内的温度,使其内部的原料混合更 加充分,混合搅拌的第一次加热温度控制在110℃,加热时间控制在30min,第 二次加热温度控制在150℃,加热时间控制在20min,第三次加热温度下降到70℃, 加热时间控制在20min;
S5、挤料:将混合制成的热管理材料半成品倒入挤料机中,通过挤料机将 材料挤出,并形成长条形半成品,挤料机中挤出的半成品直径控制在0.8cm;
S6、冷却造粒:将长条形半成品进行运输,运输过程中对长条形的半成品 进行切断,使长条形的半成品变成颗粒状,加工完成后将颗粒状的半成品运输 到冷却室内进行冷却,使颗粒状半成品固化成颗粒状成品,冷却温度控制在零 下6℃,冷却时间控制在120min。
实施例2:
本发明提供的一种利用回收料制备的隔热增强型热管理材料,包括以下原 料:回收料35份、石墨粉25份、硅酸钙20份、硅酸铝陶瓷纤维22份、硅藻 土13份、聚丙烯腈纤维10份、硅酸镁7份、硅镁铝6份、碳化硅8份、金刚 石颗粒16份、阻燃剂6份、硅烷偶联剂6份、聚酰亚胺粘结剂8份、酚醛树 脂胶黏剂6份、消泡剂3份。
进一步地,所述阻燃剂由30%的磷酸三丁酯、25%的磷酸三(2-乙基己基) 酯、25%的磷酸三(2-氯乙基)酯、20%的磷酸三甲苯酯组成。
进一步地,所述碳化硅25℃时热导率为333W/(m·K),200℃时热导率为 221W/(m·K),碳化硅体积含量粒度控制在167-200μm之间。
一种利用回收料制备的隔热增强型热管理材料制备方法,其特征在于:具 体步骤如下:
S1、回收料筛选:将回收料倒入滚筒筛中进行筛选,回收料颗粒由于筛子 的圆周运动而被带起,然后滚落到向上运动的颗粒层表面,进一步地提高筛筒 转速,当转速达到足够高时,回收料颗粒克服重力作用沿筒壁上升,然后沿抛 物线轨迹落回滚筒筛底部,物料处于抛落状态时,筛分效率最高,使回收料中 无用大颗粒杂质留在筛内,最后分离去除,回收料在滚筒筛内滞留50s,滚筒筛 转速控制在7r/min;
S2、回收料粉碎:将回收料颗粒中未筛落的大颗粒回收料倒入粉碎机中进 行粉碎,粉碎过程中通过布袋除尘器对粉碎产生的回收料粉尘进行回收,避免 粉尘污染环境以及影响设备加工,收集的粉尘可再次利用,回收料颗粒在粉碎 机中的粉碎时间控制在12min,粉碎的粒径控制在5mm以下;
S3、混合粉碎研磨:将处理好的回收料颗粒和回收料粉尘倒入混合设备中, 并向设备中分别加入石墨粉、硅酸钙、硅酸铝陶瓷纤维、硅藻土、聚丙烯腈纤 维份、硅酸镁、硅镁铝、碳化硅和金刚石颗粒进行混合,同时通过混合设备中 粉碎刀片对原料进行粉碎处理,粉碎处理完成后,将混合粉料倒入研磨机中进 行研磨,使混合粉料的粒径更加细小,混合粉料的粉碎粒径控制在3mm以下, 混合粉料研磨后的粒径控制在1mm以下;
S4、混合搅拌:将研磨完成后的混合粉料倒入混合釜内,并向内倒入阻燃 剂、硅烷偶联剂、聚酰亚胺粘结剂、酚醛树脂胶黏剂和消泡剂,并进行混合搅 拌,混合搅拌过程中,分三层次提高反应釜内的温度,使其内部的原料混合更 加充分,混合搅拌的第一次加热温度控制在115℃,加热时间控制在40min,第 二次加热温度控制在160℃,加热时间控制在25min,第三次加热温度下降到75℃, 加热时间控制在25min;
S5、挤料:将混合制成的热管理材料半成品倒入挤料机中,通过挤料机将 材料挤出,并形成长条形半成品,挤料机中挤出的半成品直径控制在1.6cm;
S6、冷却造粒:将长条形半成品进行运输,运输过程中对长条形的半成品 进行切断,使长条形的半成品变成颗粒状,加工完成后将颗粒状的半成品运输 到冷却室内进行冷却,使颗粒状半成品固化成颗粒状成品,冷却温度控制在零 下8℃,冷却时间控制在140min。
实施列3:
本发明提供的一种利用回收料制备的隔热增强型热管理材料,包括以下原 料:回收料40份、石墨粉30份、硅酸钙25份、硅酸铝陶瓷纤维26份、硅藻 土16份、聚丙烯腈纤维12份、硅酸镁9份、硅镁铝8份、碳化硅10份、金刚 石颗粒18份、阻燃剂8份、硅烷偶联剂8份、聚酰亚胺粘结剂10份、酚醛树 脂胶黏剂8份、消泡剂4份。
进一步地,所述阻燃剂由30%的磷酸三丁酯、25%的磷酸三(2-乙基己基) 酯、25%的磷酸三(2-氯乙基)酯、20%的磷酸三甲苯酯组成。
进一步地,所述碳化硅25℃时热导率为333W/(m·K),200℃时热导率为 221W/(m·K),碳化硅体积含量粒度控制在167-200μm之间。
一种利用回收料制备的隔热增强型热管理材料制备方法,其特征在于:具 体步骤如下:
S1、回收料筛选:将回收料倒入滚筒筛中进行筛选,回收料颗粒由于筛子 的圆周运动而被带起,然后滚落到向上运动的颗粒层表面,进一步地提高筛筒 转速,当转速达到足够高时,回收料颗粒克服重力作用沿筒壁上升,然后沿抛 物线轨迹落回滚筒筛底部,物料处于抛落状态时,筛分效率最高,使回收料中 无用大颗粒杂质留在筛内,最后分离去除,回收料在滚筒筛内滞留60s,滚筒筛 转速控制在8r/min;
S2、回收料粉碎:将回收料颗粒中未筛落的大颗粒回收料倒入粉碎机中进 行粉碎,粉碎过程中通过布袋除尘器对粉碎产生的回收料粉尘进行回收,避免 粉尘污染环境以及影响设备加工,收集的粉尘可再次利用,回收料颗粒在粉碎 机中的粉碎时间控制在14min,粉碎的粒径控制在5mm以下;
S3、混合粉碎研磨:将处理好的回收料颗粒和回收料粉尘倒入混合设备中, 并向设备中分别加入石墨粉、硅酸钙、硅酸铝陶瓷纤维、硅藻土、聚丙烯腈纤 维份、硅酸镁、硅镁铝、碳化硅和金刚石颗粒进行混合,同时通过混合设备中 粉碎刀片对原料进行粉碎处理,粉碎处理完成后,将混合粉料倒入研磨机中进 行研磨,使混合粉料的粒径更加细小,混合粉料的粉碎粒径控制在3mm以下, 混合粉料研磨后的粒径控制在1mm以下;
S4、混合搅拌:将研磨完成后的混合粉料倒入混合釜内,并向内倒入阻燃 剂、硅烷偶联剂、聚酰亚胺粘结剂、酚醛树脂胶黏剂和消泡剂,并进行混合搅 拌,混合搅拌过程中,分三层次提高反应釜内的温度,使其内部的原料混合更 加充分,混合搅拌的第一次加热温度控制在120℃,加热时间控制在50min,第 二次加热温度控制在170℃,加热时间控制在30min,第三次加热温度下降到80℃, 加热时间控制在30min;
S5、挤料:将混合制成的热管理材料半成品倒入挤料机中,通过挤料机将 材料挤出,并形成长条形半成品,挤料机中挤出的半成品直径控制在2.4cm;
S6、冷却造粒:将长条形半成品进行运输,运输过程中对长条形的半成品 进行切断,使长条形的半成品变成颗粒状,加工完成后将颗粒状的半成品运输 到冷却室内进行冷却,使颗粒状半成品固化成颗粒状成品,冷却温度控制在零 下10℃,冷却时间控制在160min。
分别取上述实施例1-3的方法,对所制得的一种热管理材料的强度、热导 率、热膨胀系数、比热导率进行检测,得到以下数据:
Figure BDA0003331630700000101
由上表可知,实施例3中制作所得的一种热管理材料强度最高,同时隔热 性最强。
以上所述,仅是本发明的较佳实施例,任何熟悉本领域的技术人员均可能 利用上述阐述的技术方案对本发明加以修改或将其修改为等同的技术方案。因 此,依据本发明的技术方案所进行的任何简单修改或等同置换,尽属于本发明 要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种利用回收料制备的隔热增强型热管理材料,其特征在于:包括以下原料:回收料30-40份、石墨粉20-30份、硅酸钙15-25份、硅酸铝陶瓷纤维18-26份、硅藻土10-16份、聚丙烯腈纤维8-12份、硅酸镁5-9份、硅镁铝4-8份、碳化硅5-10份、金刚石颗粒14-18份、阻燃剂4-8份、硅烷偶联剂4-8份、聚酰亚胺粘结剂6-10份、酚醛树脂胶黏剂4-8份、消泡剂2-4份。
2.根据权利要求1所述的一种利用回收料制备的隔热增强型热管理材料,其特征在于:所述阻燃剂由30%的磷酸三丁酯、25%的磷酸三(2-乙基己基)酯、25%的磷酸三(2-氯乙基)酯、20%的磷酸三甲苯酯组成。
3.根据权利要求1所述的一种利用回收料制备的隔热增强型热管理材料,其特征在于:所述碳化硅25℃时热导率为333W/(m·K),200℃时热导率为221W/(m·K),碳化硅体积含量粒度控制在167-200μm之间。
4.根据权利要求1所述的一种利用回收料制备的隔热增强型热管理材料制备方法,其特征在于:具体步骤如下:
S1、回收料筛选:将回收料倒入滚筒筛中进行筛选,回收料颗粒由于筛子的圆周运动而被带起,然后滚落到向上运动的颗粒层表面,进一步地提高筛筒转速,当转速达到足够高时,回收料颗粒克服重力作用沿筒壁上升,然后沿抛物线轨迹落回滚筒筛底部,物料处于抛落状态时,筛分效率最高,使回收料中无用大颗粒杂质留在筛内,最后分离去除;
S2、回收料粉碎:将回收料颗粒中未筛落的大颗粒回收料倒入粉碎机中进行粉碎,粉碎过程中通过布袋除尘器对粉碎产生的回收料粉尘进行回收,避免粉尘污染环境以及影响设备加工,收集的粉尘可再次利用;
S3、混合粉碎研磨:将处理好的回收料颗粒和回收料粉尘倒入混合设备中,并向设备中分别加入石墨粉、硅酸钙、硅酸铝陶瓷纤维、硅藻土、聚丙烯腈纤维份、硅酸镁、硅镁铝、碳化硅和金刚石颗粒进行混合,同时通过混合设备中粉碎刀片对原料进行粉碎处理,粉碎处理完成后,将混合粉料倒入研磨机中进行研磨,使混合粉料的粒径更加细小;
S4、混合搅拌:将研磨完成后的混合粉料倒入混合釜内,并向内倒入阻燃剂、硅烷偶联剂、聚酰亚胺粘结剂、酚醛树脂胶黏剂和消泡剂,并进行混合搅拌,混合搅拌过程中,分三层次提高反应釜内的温度,使其内部的原料混合更加充分;
S5、挤料:将混合制成的热管理材料半成品倒入挤料机中,通过挤料机将材料挤出,并形成长条形半成品;
S6、冷却造粒:将长条形半成品进行运输,运输过程中对长条形的半成品进行切断,使长条形的半成品变成颗粒状,加工完成后将颗粒状的半成品运输到冷却室内进行冷却,使颗粒状半成品固化成颗粒状成品。
5.根据权利要求4所述的一种利用回收料制备的隔热增强型热管理材料制备方法,其特征在于:在所述步骤S1中,回收料在滚筒筛内滞留40-60s,滚筒筛转速控制在6-8r/min。
6.根据权利要求4所述的一种利用回收料制备的隔热增强型热管理材料制备方法,其特征在于:在所述步骤S2中,回收料颗粒在粉碎机中的粉碎时间控制在10-14min,粉碎的粒径控制在5mm以下。
7.根据权利要求4所述的一种利用回收料制备的隔热增强型热管理材料制备方法,其特征在于:在所述步骤S3中,混合粉料的粉碎粒径控制在3mm以下,混合粉料研磨后的粒径控制在1mm以下。
8.根据权利要求4所述的一种利用回收料制备的隔热增强型热管理材料制备方法,其特征在于:在所述步骤S4中,混合搅拌的第一次加热温度控制在110-120℃,加热时间控制在30-50min,第二次加热温度控制在150-170℃,加热时间控制在20-30min,第三次加热温度下降到70-80℃,加热时间控制在20-30min。
9.根据权利要求4所述的一种利用回收料制备的隔热增强型热管理材料制备方法,其特征在于:在所述步骤S5中,挤料机中挤出的半成品直径控制在0.8-2.4cm。
10.根据权利要求4所述的一种利用回收料制备的隔热增强型热管理材料制备方法,其特征在于:在所述步骤S6中,冷却温度控制在零下10℃-6℃,冷却时间控制在120-160min。
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