一種蜂窩狀熱固性導熱電絕緣復合材料散熱結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及散熱材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種蜂窩狀熱固性導熱電絕緣復合材料 散熱結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002] 熱固性塑料是一類應用最廣的塑料，以熱固性樹脂為主要成分，配合以各種必要 的添加劑通過交聯(lián)固化過程成形成制品的塑料。在制造或成型過程的前期為液態(tài)，固化后 即不溶不熔，也不能再次熱熔或軟化。常見的熱固性塑料有酚醛塑料、環(huán)氧塑料、氨基塑料、 不飽和聚酯、醇酸塑料等。但這類產(chǎn)品都是以不可再生資源石油為原料，生產(chǎn)過程能耗大， 對環(huán)境影響較為嚴重。同時，生產(chǎn)成本較高，在土壤環(huán)境中也不易分解，易造成"白色污染"。 因此，研究該類產(chǎn)品的替代物已十分迫切。
[0003] 高分子材料電絕緣性能優(yōu)異，但導熱系數(shù)非常低，一般為〇.2W/m.K，是金屬材料的 百分之一到千分之一，對于一些既要有高導熱、同時又有絕緣性要求的應用場合目前比較 常規(guī)的方法是在高分子基材料中添加具有高導熱系數(shù)和高阻抗的無機填料。但采用這種方 法制備的材料，由于導熱填料的大量添加使復合材料的力學性能受到了嚴重的損害，同時 導熱性能的提高也不顯著，一般很難高于2W/m.K。對于LED散熱器、電器散熱器等需要利用 散熱器面積快速傳熱的情況，如果材料的導熱系數(shù)小，則其在長度方向上的熱傳導就非常 困難，熱量都集中在很小的區(qū)域中無法擴散，導致散熱器的有效面積沒有充分利用，影響了 散熱效率。
[0004] 我國竹資源十分豐富，生產(chǎn)竹塑復合產(chǎn)品，一方面可部分替代塑料產(chǎn)品，提高產(chǎn)品 的低碳、環(huán)保性能，另一方面又可降低成本，促進我國竹資源的高效利用，帶動竹區(qū)經(jīng)濟。但 竹原料與塑料的復合依然面臨著很多的技術(shù)難題要解決，如竹材是強極性的，親水性強，而 塑料是非極性的、疏水性強，導致竹材料和塑料間的相容性差，界面結(jié)合性能較差。常規(guī)的 方法往往采用磨細的竹粉為原料，竹原料在磨碎后，竹纖維結(jié)構(gòu)破壞，竹材原料的良好性能 得不到充分體現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于一種蜂窩狀熱固性導熱電絕緣復合材料散熱結(jié)構(gòu)，具有高導熱 性、力學性能優(yōu)異、高電絕緣性、生產(chǎn)成本低，材料更環(huán)保易于降解等優(yōu)點，可應用于LED散 熱器和電器散熱器等產(chǎn)品。
[0006] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：
[0007] -種蜂窩狀熱固性導熱電絕緣復合材料散熱結(jié)構(gòu)，包括蜂窩狀散熱本體，蜂窩狀 散熱本體的蜂窩孔為上下方向豎直設(shè)置，其特征在于，所述熱固性導熱電絕緣復合材料按 重量份計由以下組分混合制成:熱固性樹脂30-50份，竹纖維15-25份，高導熱劑10-20份，介 電材料3-10份，無機阻燃劑5-10份，增韌劑3-7份，偶聯(lián)劑0.5-1份，引發(fā)劑0.2-0.5份，內(nèi)脫 模劑〇. 5-1.5份，抗氧劑0.3-0.8份。
[0008] 蜂窩狀散熱本體，且蜂窩孔為上下方向豎直設(shè)置，為熱氣流提供了順暢上升通道， 對散熱效果有極大的提升。
[0009] 本發(fā)明首次采用竹纖維作為增強材料用于導熱電絕緣復合材料中，替代了原有無 機填料，竹纖維的加入不會像無機填料那樣破壞導熱電絕復合材料的力學性能，本發(fā)明的 竹纖維具有良好的強度、透氣性、耐磨性等特性，用于導熱電絕復合材料中還能增強材料的 強度，同時竹纖維環(huán)保性能較佳易降解，且生產(chǎn)成本低。為了解決竹材與熱固性樹脂結(jié)合問 題，充分發(fā)揮竹纖維的優(yōu)良性狀，本發(fā)明以通過特定方法生產(chǎn)的纖維素含量較高的竹纖維 為原料，通過表面改性(偶聯(lián)劑的使用)及各種添加劑(交聯(lián)劑、潤滑劑等）的聯(lián)合應用，使竹 纖維與熱固性樹脂通過表面分子相互滲透和纏繞作用，形成竹塑復合材料。該材料具有強 度高、環(huán)保性能較佳、生產(chǎn)成本低等特點。
[0010] 作為優(yōu)選，所述熱固性樹脂選自環(huán)氧樹脂、不飽和聚酯樹脂、乙烯基樹脂中的一種 或幾種。
[0011] 作為優(yōu)選，所述的竹纖維通過以下工藝制備而得：
[0012] (1)將竹顆粒放入質(zhì)量濃度為10-15%的氫氧化鈉溶液中加熱至100-150°c蒸煮1-2h，再將蒸煮過的竹顆粒瀝干，放置到蒸汽爆破機中，蒸汽爆破機中導入的水蒸氣溫度控制 在140-160°(3，壓力控制在0.4]\〇^-0.61〇^，處理時間為20-30分鐘；
[0013] (2)打開蒸汽爆破機的放料閥，使蒸汽爆破機中物料爆破噴出，獲得竹纖維；
[0014] (3)將竹纖維在70-90°C下烘干。
[0015] 本發(fā)明采用上述特定的方法生產(chǎn)獲得了竹纖維，該竹纖維具有良好的強度、透氣 性、耐磨性等特性，同時配合偶聯(lián)劑的使用，有效解決了竹材與熱固性樹脂不易結(jié)合問題。 生產(chǎn)過程簡易、環(huán)保，成本低。
[0016] 通過爆破后，可得到纖維的含量提高，更加疏松，部分木質(zhì)素溶解在水中，氫氧化 鈉蒸煮的目的能促使木質(zhì)素和纖維素分離。
[0017]作為優(yōu)選，所述偶聯(lián)劑選自硅烷偶聯(lián)劑KH5 5 0、硅烷偶聯(lián)劑KΗ5 6 0、硅烷偶聯(lián)劑 ΚΗ570中的一種。。
[0018]作為優(yōu)選，所述高導熱劑由30-40wt %的改性碳納米管和60-70wt %的高導熱粉組 成，高導熱粉選自納米氮化硼、納米氮化鋁、納米氮化硅中的一種或幾種。
[0019] 本發(fā)明針對常規(guī)導熱材料散熱效果的不足進行改進，高導熱劑由30_40wt%的改 性碳納米管和60_70wt %的高導熱粉組成，碳納米管本身具有較好得散熱性能，能提高材料 的導熱性能，碳納米管的使用在提高導熱效果的同時還能增強產(chǎn)品的強度，高導熱粉具有 優(yōu)異的導熱性能，改性碳納米管在熱固性樹脂基體中連成網(wǎng)狀，形成骨架，為高導熱粉提供 分散基體，高導熱粉附著在碳納米管壁上，形成高效散熱網(wǎng)，從而提高產(chǎn)品的導熱性能。改 性碳納米管的量需要嚴格控制，多了容易影響絕緣性。
[0020] 作為優(yōu)選，所述改性碳納米管的制備方法步驟如下：
[0021] (1)將碳納米管、質(zhì)量濃度30-50%的二甲基甲酰胺溶液及酸溶液按照lg :10_ 20mL: 8-12mL的料液比混合，控制溫度35-45°C下攪拌混合30-50min，過濾，分別用水和無水 乙醇洗滌，80-100°C下真空干燥30-60min得初級改性碳納米管;所述酸溶液為質(zhì)量濃度10-20%的硝酸與質(zhì)量濃度5-10%的磷酸按照1:1的體積比的混合物；
[0022] (2)將初級改性碳納米管與質(zhì)量濃度50-60%的高氯酸按照lg:20-30mL的料液比 混合均勻，加熱至60-70°C保持24小時，冷卻，過濾，水洗，真空干燥后得改性碳納米管。 [0023] 步驟（1)將碳納米管與質(zhì)量濃度30-50%的二甲基甲酰胺溶液及酸溶液混合，同時 輔以攪拌，以擴大碳納米管與液體的接觸面，使得碳納米管分散均勻，這樣利于后續(xù)的酸溶 液氧化改性。酸溶液能夠使得碳納米管親水性降低，親油性增加，從而提高碳納米管與熱固 性樹脂的結(jié)合力。
[0024] 步驟(2)將碳納米管在高氯酸中水熱反應，高氯酸分子能夠插層、溶脹碳納米管 束，使碳納米管彼此分開并將其表面高反應活性的碳質(zhì)副產(chǎn)物暴露出來，從而實現(xiàn)選擇性 功能化碳質(zhì)副產(chǎn)物。與表面活性劑類似，這些功能化的碳質(zhì)副產(chǎn)物具有兩親性，可改善碳納 米管與熱固性樹脂的相互作用，協(xié)助碳納米管分散，從而提高碳納米管與熱固性樹脂的結(jié) 合力。
[0025] 作為優(yōu)選，所述介電材料選自鈦酸鍶鋇、鈦酸鎂、鈦酸鈣、云母中的一種或幾種。 [0026]作為優(yōu)選，所述引發(fā)劑為TBTB(過氧化苯甲酸叔丁酯)或ΤΒΡ0(過氧化-2-乙基已酸 叔丁酯）；所述內(nèi)脫模劑選自硬脂酸鋅、硬脂酸中的一種或兩種；所述抗氧劑選自抗氧劑 1010、抗氧劑1098、抗氧劑168、2,6-二叔丁基對甲酚中的一種或幾種。
[0027] 作為優(yōu)選，所述無機阻燃劑選自氫氧化鎂、氫氧化鋁中的一種或兩種。
[0028] 作為優(yōu)選，所述增韌劑選自液體丁腈橡膠或液體丙烯酸酯橡膠。
[0029] 本發(fā)明的有益效果是:具有高導熱性、力學性能優(yōu)異、高電絕緣性、生產(chǎn)成本低，材 料更環(huán)保易于降解等優(yōu)點，可應用于LED散熱器和電器散熱器等產(chǎn)品。
【具體實施方式】
[0030] 下面通過具體實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步的具體說明。
[0031] 本發(fā)明中，若非特指，所采用的原料和設(shè)備等均可從市場購得或是本領(lǐng)域常用的。 下述實施例中的方法，如無特別說明，均為本領(lǐng)域的常規(guī)方法。
[0032] 本發(fā)明以下實施例的組分除竹纖維外，均為市售產(chǎn)品。
[0033] 實施例1:
[0034] -種蜂窩狀熱固性導熱電絕緣復合材料散熱結(jié)構(gòu)，包括蜂窩狀散熱本體，蜂窩狀 散熱本體的蜂窩孔為上下方向豎直設(shè)置(具體結(jié)構(gòu)圖可參見CN 204176465 U的記載），所述 熱固性導熱電絕緣復合材料按重量份計由以下組分混合制成：熱固性樹脂(環(huán)氧樹脂）30 份，竹纖維15份，高導熱劑10份，介電材料(鈦酸鎂)3份，無機阻燃劑(氫氧化鎂)5份，增韌劑 (液體丁腈橡膠)3份，偶聯(lián)劑(硅烷偶聯(lián)劑KH550)0 · 5份，引發(fā)劑(TBTB)0 · 2份，內(nèi)脫模劑(硬 脂酸鋅)〇. 5份，抗氧劑(抗氧劑168) 0.3份。
[0035] 所述的竹纖維通過以下工藝制備而得：
[0036] (1)將竹顆粒(竹顆粒通過將毛竹粉碎成長度小于0.7cm，直徑小于0.3mm的顆粒） 放入質(zhì)量濃度為10 %的氫氧化鈉溶液中加熱至100°c蒸煮2h，再將蒸煮過的竹顆粒瀝干，放 置到蒸汽爆破機（市售）中，蒸汽爆破機中導入的水蒸氣溫度控制在140°C，壓力控制在 0.4MPaa，處理時間為30分鐘；
[0037] (2)打開蒸汽爆破機的放料閥，使蒸汽爆破機中物料爆破噴出，獲得竹纖維；
[0038] (3)將竹纖維在70°C下烘干至水分含量在5%以下。
[0039] 所述高導熱劑由30wt %的改性碳納米管和70wt %的納米氮化硼(市售)組成。