CN207310734U - 碳导热片与膨体聚四氟乙烯隔热涂层膜 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种碳导热片与膨体聚四氟乙烯隔热涂层膜，涂层膜的碳导热片层粘接在膨体聚四氟乙烯绝缘层的一侧表面，隔热层为二氧化硅气凝胶隔热涂层，二氧化硅气凝胶隔热涂层复合在膨体聚四氟乙烯绝缘层的另一表面。通过上述方式，本实用新型使得该碳导热片与膨体聚四氟乙烯隔热涂层膜组件柔软贴合性好、涂层抗拉扯能力强而无裂纹、材料厚度薄、耐环境老化且膨体聚四氟乙烯具有绝缘间隔的功能。

Description

碳导热片与膨体聚四氟乙烯隔热涂层膜

技术领域

本实用新型涉及复合材料领域，特别是涉及一种碳导热片与膨体聚四氟乙烯隔热涂层膜。

背景技术

目前的电子信息产品如精密电子器件、消费电子（手机、摄像机、电脑和彩电）、新能源汽车为解决***的发热散热，经常用的结构就是用优质铝件或铜件传热导热和散热，或产品内部安装风扇强迫通风散热；或者是单一的碳导热片散热，为解决电子元件内部和外部的电磁干扰问题常采用金属外壳或金属丝网屏蔽结构，这样就是得目前的电子信息产品体积较大，重量较重，成本较大，造成了铜铝资源的紧张。上述电子信息产品和新能源汽车的发热元器件隔热常用厚度较厚的如玻璃纤维、石棉、岩棉、硅酸盐等毡垫分隔，但效果不佳，这就使得上述产品体积很大，难以做到轻薄小的要求。

实用新型内容

本实用新型主要解决的技术问题是提供一种碳导热片与膨体聚四氟乙烯隔热涂层膜，能够替代单一的碳导热片散热、铜铝散热件传统隔热垫，就可以开发出体积更小精致、重量更轻、成本更低的电子信息产品。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的一个技术方案是：提供一种碳导热片与膨体聚四氟乙烯隔热涂层膜，包括：碳导热片层、膨体聚四氟乙烯绝缘层和隔热层，所述碳导热片层粘接在膨体聚四氟乙烯绝缘层的一侧表面，隔热层为二氧化硅气凝胶隔热涂层，二氧化硅气凝胶隔热涂层复合在膨体聚四氟乙烯绝缘层的另一表面。

在本实用新型一个较佳实施例中，还包括压敏胶粘接层，压敏胶粘接层设于碳导热片层与膨体聚四氟乙烯绝缘层之间。

在本实用新型一个较佳实施例中，涂层膜中或包括2层或2层以上膨体聚四氟乙烯隔热层时，涂层膜最外侧的两个表面分别复合碳导热片层和二氧化硅气凝胶隔热涂层，各膨体聚四氟乙烯隔热层之间设有二氧化硅气凝胶隔热涂层。

在本实用新型一个较佳实施例中，碳导热片层与膨体聚四氟乙烯绝缘层之间设有压敏胶粘接层。

在本实用新型一个较佳实施例中，碳导热片层包括石墨烯膜片层、纳米碳涂层铝箔散热片层、纳米碳涂层铜箔层、石墨膜片层、碳纳米管涂层膜片层或碳气凝胶涂层膜片层。

在本实用新型一个较佳实施例中，涂层膜的厚度为0.01-1mm。

本实用新型的有益效果是：本实用新型解决了碳导热片和隔热的二氧化硅气凝胶涂层附着的致密性和牢固性，使得该碳导热片与膨体聚四氟乙烯隔热涂层膜组件柔软贴合性好、涂层抗拉扯能力强而无裂纹、材料厚度薄、耐环境老化且膨体聚四氟乙烯具有绝缘间隔的功能，碳导热片与膨体聚四氟乙烯隔热涂层膜组件在如精密电子器件、消费电子（手机、摄像机、电脑和彩电）、新能源汽车、柔性传感器、三维多孔电极等狭窄空间内电子元件或集成线路板中用来隔热绝热、屏蔽电磁干扰和传热导热散热等方面具有潜在应用的价值和巨大的对该产品的需求。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：

图1是本实用新型碳导热片与膨体聚四氟乙烯隔热涂层膜一较佳实施例的结构示意图；

图2是本实用新型碳导热片与膨体聚四氟乙烯隔热涂层膜一较佳实施例的结构示意图；

附图中各部件的标记如下：1、隔热层，2、膨体聚四氟乙烯绝缘层，3、压敏胶粘接层，4、碳导热片层。

具体实施方式

下面将对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型实施例包括：如图1所示，

一种碳导热片与膨体聚四氟乙烯隔热涂层膜，包括：碳导热片层4、膨体聚四氟乙烯绝缘层2和隔热层1，所述碳导热片层4粘接在膨体聚四氟乙烯绝缘层2的一侧表面，隔热层1为二氧化硅气凝胶隔热涂层，二氧化硅气凝胶隔热涂层1复合在膨体聚四氟乙烯绝缘层2的另一表面。

本实用新型实施例还包括，如图2所示的，涂层膜中或包括2层或2层以上膨体聚四氟乙烯隔热层2时，涂层膜最外侧的两个表面分别复合碳导热片层4和二氧化硅气凝胶隔热涂层1，各膨体聚四氟乙烯隔热层2之间设有二氧化硅气凝胶隔热涂层1。

如图1和图2所示，碳导热片层4与膨体聚四氟乙烯绝缘层2之间均设有压敏胶粘接层3。

本实用新型的涂层膜具有良好的柔韧性，易加工性；EMI电磁屏蔽和吸收，以保护敏感的电子零件；符合RoHS标准，UL94V0可燃性额定；温度性能> 100°C；可模切成定制的形状；超强辐射散热，超薄，环保，绝缘。

涂层膜的厚度为0.01-1mm。此多层膜片可以模切加工成各种形状大小的薄片，用在如精密电子器件、消费电子（手机、摄像机、电脑和彩电）、新能源汽车、柔性传感器中狭窄空间内局部或点状发热元器件的隔热、导热散热和电磁屏蔽等热管理***设计中，确保现在精密电子设备的性能有效发挥且可靠工作。

碳导热片层包括石墨烯膜片层、纳米碳涂层铝箔散热片层、纳米碳涂层铜箔层、石墨膜片层、碳纳米管涂层膜片层或碳气凝胶涂层膜片层。由于碳元素具有优异的导热和导电的能力，常用来将点热源或局部热源的热量通过碳元素快速的转换成面热源，有危害的热源能量从碳导热片被外界冷却媒介带走，保证如精密电子器件、消费电子（手机、摄像机、电脑和彩电）、新能源汽车、柔性传感器、三维多孔电极等在其能承受的温度下工作。

纳米碳铝箔散热片是具有高导热性和高的灵活性；和纳米碳铜箔一样采用纳米碳材料均匀涂布于铝或铜金属箔基材表面，由高导热效能进行热传导，再藉由碳原子高热辐射效能将热能转换为红外线射频，传递散热冷却效能。具有高导热性和热辐射效率高。但铝箔比铜箔成本更低。

手机导热膜也可以使用石墨导热膜，但是天然石墨导热膜散热效果一般，人工合成石墨膜的成本又高且不易裁切成本高。石墨烯、碳纳米管、碳气凝胶、纳米碳和石墨是同素异构体，散热原理差不多，散热非常有效果的。

可是碳导热片仅有导热散热和电磁屏蔽的效果，在如精密电子器件、消费电子（手机、摄像机、电脑和彩电）、新能源汽车、柔性传感器中狭窄空间内局部或点状发热元器件还需要隔热的设计处理，而膨体聚四氟乙烯隔热涂层膜表面的二氧化硅气凝胶涂层恰好弥补了碳导热片的功能不足。

膨体聚四氟乙烯膜面上粘接有碳导热片，具有导电的功能，将碳导热片与膨体聚四氟乙烯隔热涂层膜组件覆盖或包裹在电子信息产品的电子元件的对地导电框架上，外界的电磁波将在碳导热片上产生涡电流，此电流将沿着对地导电框架流向大地，从而屏蔽外界的电磁波对电子信息产品内电子元件干扰，同时也可屏蔽内部电子元器件相互间的电磁干扰，同时该涂层具有向环境或周围快速的传热导热和散热的能力，使得电子信息产品可靠工作。

实施例1：碳导热片与膨体聚四氟乙烯隔热涂层膜的制备方法，包括以下步骤：

1）制备二氧化硅气凝胶隔热涂层的二氧化硅气凝胶隔热涂层液；

2）以2m/min的速度放卷膨体聚四氟乙烯膜卷，在精密涂布机中加入二氧化硅气凝胶隔热涂层液，在膜面上滚涂制备好的二氧化硅气凝胶隔热涂层液；

3）烘干、裁边、检验后收卷，烘干的温度为100℃，将涂层液中的溶剂进行挥发处理，最后进行涂层固化，涂层固化的温度为50℃，时间为20h，即制得涂层膜半成品；

4）将半成品和碳导热片卷材同时放卷，将碳导热片通过耐高温压敏胶带贴合在膨体聚四氟乙烯膜的另一表面，精密数控成形模切加工各种形状的组件、排废料、检验，即完成了碳导热片与膨体聚四氟乙烯隔热涂层膜的制备。

二氧化硅气凝胶隔热涂层液的组分按重量百分比包括：

聚氨酯树脂 40%；

二氧化硅气凝胶微粉 60%；

在聚氨酯树脂中加入二氧化硅气凝胶微粉，用醋酸乙酯做溶剂，直到溶液的粘度指数达到1000-3000CPS就停止添加醋酸乙酯, 在反应釜中稀释搅拌和超声波激荡1-2h，使得溶液中的微粉弥散均匀，然后反应釜抽真空排出溶液中的微气泡，即完成了二氧化硅气凝胶隔热涂层液的制备。

实施例2：碳导热片与膨体聚四氟乙烯隔热涂层膜的制备方法，包括以下步骤：

1）制备二氧化硅气凝胶隔热涂层用二氧化硅气凝胶隔热涂层液；

2）以3m/min的速度放卷膨体聚四氟乙烯膜卷，在精密涂布机中加入二氧化硅气凝胶隔热涂层液，在膜面上滚涂制备好的二氧化硅气凝胶隔热涂层液；

3）烘干、裁边、检验后收卷，烘干的温度为150℃，将涂层液中的溶剂进行挥发处理，最后进行涂层固化，涂层固化的温度为60℃，时间为24h，即制得涂层膜半成品；

4）将半成品和碳导热片卷材同时放卷，将碳导热片通过耐高温压敏胶带贴合在膨体聚四氟乙烯膜的另一表面，精密数控成形模切加工各种形状的组件、排废料、检验，即完成了碳导热片与膨体聚四氟乙烯隔热涂层膜的制备。

碳导热片包括石墨烯膜片、纳米碳涂层铝箔散热片、纳米碳涂层铜箔、石墨膜片、碳纳米管涂层膜片或碳气凝胶涂层膜片。

二氧化硅气凝胶隔热涂层液的组分按重量百分比包括：

聚氨酯树脂 50%；

二氧化硅气凝胶微粉 50%；

在聚氨酯树脂中加入二氧化硅气凝胶微粉，用醋酸乙酯做溶剂，直到溶液的粘度指数达到1000-3000CPS就停止添加醋酸乙酯, 在反应釜中稀释搅拌和超声波激荡1-2h，使得溶液中的微粉弥散均匀，然后反应釜抽真空排出溶液中的微气泡，即完成了二氧化硅气凝胶隔热涂层液的制备。

实施例3：碳导热片与膨体聚四氟乙烯隔热涂层膜的制备方法，包括以下步骤：

1）制备二氧化硅气凝胶隔热涂层用二氧化硅气凝胶隔热涂层液；

2）以5m/min的速度放卷膨体聚四氟乙烯膜卷，在精密涂布机中加入二氧化硅气凝胶隔热涂层液，在膜面上滚涂制备好的二氧化硅气凝胶隔热涂层液；

3）烘干、裁边、检验后收卷，烘干的温度为200℃，将涂层液中的溶剂进行挥发处理，最后进行涂层固化，涂层固化的温度为70℃，时间为至少24h，即制得涂层膜半成品；

4）将半成品和碳导热片卷材同时放卷，将碳导热片通过耐高温压敏胶带贴合在膨体聚四氟乙烯膜的另一表面，精密数控成形模切加工各种形状的组件、排废料、检验，即完成了碳导热片与膨体聚四氟乙烯隔热涂层膜的制备。

碳导热片包括石墨烯膜片、纳米碳涂层铝箔散热片、纳米碳涂层铜箔、石墨膜片、碳纳米管涂层膜片或碳气凝胶涂层膜片。

二氧化硅气凝胶隔热涂层液的组分按重量百分比包括：

聚氨酯树脂 70%；

二氧化硅气凝胶微粉 30%；

在聚氨酯树脂中加入二氧化硅气凝胶微粉，用醋酸乙酯做溶剂，直到溶液的粘度指数达到1000-3000CPS就停止添加醋酸乙酯,在反应釜中稀释搅拌和超声波激荡1-2h，使得溶液中的微粉弥散均匀，然后反应釜抽真空排出溶液中的微气泡，即完成了二氧化硅气凝胶隔热涂层液的制备。

实施例1-3中，碳导热片包括石墨烯膜片、纳米碳涂层铝箔散热片、纳米碳涂层铜箔、石墨膜片、碳纳米管涂层膜片或碳气凝胶涂层膜片。

纳米碳铝箔散热片是具有高导热性和高的灵活性；和纳米碳铜箔一样采用纳米碳材料均匀涂布于铝或铜金属箔基材表面，由高导热效能进行热传导，再藉由碳原子高热辐射效能，将热能转换为红外线射频，传递散热冷却效能。具有高导热性和热辐射效率高。但铝箔比铜箔成本更低。手机导热膜也可以使用石墨导热膜，但是天然石墨导热膜散热效果一般，人工合成石墨膜的成本又高且不易裁切成本高。石墨烯、碳纳米管、碳气凝胶、纳米碳和石墨是同素异构体，散热原理差不多，散热非常有效果的。

二氧化硅气凝胶是一种防热隔热性能非常优秀的轻质纳米多孔非晶固体材料，其孔隙率高达80-99.8％，孔洞的典型尺寸为1-100nm，比表面积为200-1000m²/g，而密度可低达3kg/m³，室温导热系数可低达0.012W/(m·K)。正是由于这些特点使气凝胶材料在热学、声学、光学、微电子、粒子探测方面有很广阔的应用潜力。

二氧化硅气凝胶材料具有极低的导热系数，可达到0.013-0.016W/(m·K),低于静态空气（0.024W/(m·K)）的热导系数,比相应的无机绝缘材料低2-3个数量级。即使在800℃的高温下其导热系数才为0.043W/(m·K)。高温下不分解，无有害气体放出，属于绿色环保型材料。

二氧化硅气凝胶之所以具有如此良好的绝热特性与它的高孔隙率有关。热量的传导主要通过三种途径来进行，气体传导，固体传导，辐射传导。在这三种方式中，通过气体传导的热量是很小的，因此大部分气体都具有非常低的热导率。常用的绝热材料都是多孔结构，其正是利用了空气占据了固体材料的一部分体积，从而降低了材料整体的热导率。气凝胶的孔隙率比普通绝热材料要大得多，其95%以上都是由空气构成，决定了其将具有与空气一样低的热导率。而且气凝胶中包含大量孔径小于70nm的孔，70nm是空气中主要成分氮气和氧气的自由程（气体分子两次碰撞之间的时间内经过的路程的统计平均值），因此意味着空气在气凝胶中将无法实现对流，使得气态热导率进一步降低。气凝胶中含量极少的固体骨架也是由纳米颗粒组成，其接触面积非常小，使得气凝胶同样具有极小的固态热导率。气凝胶的热辐射传导主要为发生在3-5μm区域内的红外热辐射，其在常温下能够有效的阻挡红外热辐射，但随着温度的升高，红外热辐射透过性增强。为了进一步降低高温红外热辐射，通常向气凝胶中加入遮光剂，如碳黑、二氧化钛等，遮光剂的使用能够大大降低高温下的红外热辐射。

二氧化硅气凝胶作为一种纳米孔超级绝热材料，除具有极低的热导率之外还具有超轻质以及高热稳定性的特性，它在工业、民用、建筑、航天及军事等领域具有非常广泛的应用。

膨体聚四氟乙烯(ePTFE)膜具有天然的化学惰性、防水性、热稳定性和较高的机械强度，卓越的抗蠕变和抗冷流性能，这些特性使得该新颖复合材料在严苛的应用中实现优异的性能。如耐老化，适用对象不被污染，甚至在摩擦、高温或极低温度中时亦可有效抗电磁干扰、导电、隔热和导热散热，使得电子信息产品可靠工作。

膨体聚四氟乙烯 (ePTFE)膜是一种具有特殊功能高附加值的高分子新材料薄膜，是特殊工艺双向拉伸制成的，该薄膜的微纤维构成了里外通透的0.1μm-18μm孔径的多纤维层异形微孔。

膨体聚四氟乙烯膜的的制造工艺流程包括：

先将聚四氟乙烯分散树脂与液体助挤剂及染色剂混合，保温在30-35℃熟成，压成柱体毛坯，再通过压延法将柱体毛坯制成薄片，经加热脱去助挤剂，单向拉伸、双向拉伸，最后进行热定型、冷却、收卷，最终制得膨体聚四氟乙烯(ePTFE)微孔薄膜。

本实用新型的碳导热片与膨体聚四氟乙烯隔热涂层膜通过传导散热+对流散热+辐射散热能快读将点热源转换成面热源；可以降低电子产品的温度，保护电子元器件并延长电子产品的寿命；采用耐高温老化的压敏胶，对电子元器件不会腐蚀，还具备优良的绝缘性。

本实用新型的碳导热片与膨体聚四氟乙烯隔热涂层膜模切之后边缘整齐，没有粉尘。天然石墨膜或人工合成石墨膜模切之后边缘留有石墨粉尘，对手机、平板电脑等产品内部电子元器将产生影响。用纳米铜做基材便于模切成片，不会破裂，成品率要高。天然石墨与人工合成石墨均无铜基层，在模切过程中和粘贴过程中易损坏；本实用新型有利于机器返修，可以再次使用。而天然石墨膜或人工合成石墨膜返修时破损不可再次使用，不利于返修。

模切后可直接使用，部分产品不用包边（如直接与电子元件电路跟线路接触建议包边处理以免产生异常），省时省成本。而天然石墨和人工石墨会需要包边和做绝缘处理，从而增加时间和成本；

本实用新型超高导热性能/容易操作，低热阻，重量轻，最具性能价格优势。

由于膨体聚四氟乙烯涂层膜具有耐环境老化极强的能力和绝缘能力，使得该新颖复合材料产品具有耐久的长寿命，能够满足如精密电子器件、消费电子（手机、摄像机、电脑和彩电）、新能源汽车、柔性传感器、三维多孔电极中用来隔热、导电、屏蔽、抗电磁干扰和传热导热散热等方面具有潜在应用的价值和巨大的市场需求。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种碳导热片与膨体聚四氟乙烯隔热涂层膜，其特征在于，包括：碳导热片层、膨体聚四氟乙烯绝缘层和隔热层，所述碳导热片层粘接在膨体聚四氟乙烯绝缘层的一侧表面，隔热层为二氧化硅气凝胶隔热涂层，二氧化硅气凝胶隔热涂层复合在膨体聚四氟乙烯绝缘层的另一表面。

2.根据权利要求1所述的碳导热片与膨体聚四氟乙烯隔热涂层膜，其特征在于，还包括压敏胶粘接层，压敏胶粘接层设于碳导热片层与膨体聚四氟乙烯绝缘层之间。

3.根据权利要求1所述的碳导热片与膨体聚四氟乙烯隔热涂层膜，其特征在于，涂层膜中或包括2层或2层以上膨体聚四氟乙烯隔热层时，涂层膜最外侧的两个表面分别复合碳导热片层和二氧化硅气凝胶隔热涂层，各膨体聚四氟乙烯隔热层之间设有二氧化硅气凝胶隔热涂层。

4.根据权利要求3所述的碳导热片与膨体聚四氟乙烯隔热涂层膜，其特征在于，碳导热片层与膨体聚四氟乙烯绝缘层之间设有压敏胶粘接层。

5.根据权利要求1所述的碳导热片与膨体聚四氟乙烯隔热涂层膜，其特征在于，碳导热片层包括石墨烯膜片层、纳米碳涂层铝箔散热片层、纳米碳涂层铜箔层、石墨膜片层、碳纳米管涂层膜片层或碳气凝胶涂层膜片层。

6.根据权利要求1所述的碳导热片与膨体聚四氟乙烯隔热涂层膜，其特征在于，涂层膜的厚度为0.01-1mm。