专利名称：一种三维网状高导热石墨骨架结构及其制作方法
技术领域：
本发明属于导热材料领域，尤其是关于一种在三维方向上具有高导热性能的石墨骨架材料及制作方法。
背景技术：
随着近年来电子产品的快速发展，智能电子设备，如智能手机和智能电视，成为了一个必然的趋势，而且为了满足客户对产品的更高要求，在电子设备上会集成越来越多的功能。其结果必然是电子设备越来越快的运行速度，越来越大的电池储量，从而带来更大的发热量和更高的温度。高温不仅会影响设备的运行稳定性，运行速度，电池容量，更会带来设备寿命上的降低。在显示和照明领域，LED取代常规的显示照明器件，已是一个不可逆转的趋势。不论在液晶显示，还是在照明，使用更大功率的LED是各大厂家共同追寻的目标。但是，大功率的LED本身的发热量巨大，对其本身的寿命有着显著地影响，而已有的散热方法并不能解决其散热问题。金属由于其良好的导热性能已经得到广泛使用，如银(420 W/mK)、铜(402 W/mK)、金(318W/mK)、铝(237 W/mK)等。其中铜和铝因为价格优势，应用最为普遍，如笔记本里的铜质散热管，LCD显示屏上的铝质导热热沉。但是，随着电子设备的日益小型化和功率扩大化，现有的金属散热器件已经难以满足散热要求。而一种新型的具有极高热导率的材料的出现，弥补了这方面的空白。这种高导热率材料是石墨材质的膜材，其导热率可以达到2000 W/mK。这种石墨导热膜在使用中直接粘接在热源，将热量迅速扩散到整个导热膜表面，增大散热面积，从而达到快速散热的效果。但是，这种石墨导热膜的高导热率主要体现在与表面平行的xy方向，而在膜材的垂直方向，其导热率仅在5-10 W/mK。
发明内容
针对以上不足，本发明的目的在于提供一种三维网状高导热石墨骨架结构及其制作方法，是对石墨导热薄膜进行结构设计和制作，可以在三维方向上实现极高的导热率，增加散热效果并扩展其应用的领域。本发明的技术方案是通过以下方式实现的:一种三维网状高导热石墨骨架结构，包括至少设有两层石墨导热膜(12)所形成三维网状骨架结构，其特征在于:所述的石墨导热膜(12)每相邻两层之间的连接点大于5个，且连接点之间的距离大于Imm ;所述石墨导热膜(12)的导热率为400-2400 W/mK ;厚度在5-1000 之间。结构所述的相邻两层石墨导热膜(12)填充有高分子聚合物的组合物(13)，所述的高分子聚合物的组合物(13)包含至少一种选自以下的高分子聚合物:聚酯、聚烯烃、乙烯一乙酸乙烯酯、聚碳酸酯、聚氨酯、硅胶、含氟聚合物或环氧树脂。一种三维网状高导热石墨骨架结构的制作方法，是将两层以上高分子薄膜叠层，在每两层膜之间垫有石墨块，在l-20Kg/cm2压力、2000-3400°C的高温下、保温0.5-5个小时，以20°C /分钟的速度冷却到室温，使相邻高分子薄膜接触的位置在压力和高温的条件下结合在一起并石墨化，而未接触的位置则未结合在一起，将石墨块抽出后形成石墨膜叠层，石墨膜叠层展开后其横截面为三维网状骨架结构。将所述三维网状骨架结构之间填充有高分子聚合物13组合物，所述高分子聚合物组合物包含至少一种选自以下的高分子聚合物:聚酯、聚烯烃、乙烯一乙酸乙烯酯、聚碳酸酯、聚氨酯、硅胶、含氟聚合物、环氧树脂和两种或多种上述高分子聚合物的组合。所述的石墨膜展开形成的横截面为矩形、六边形、圆形或不规则多边形的三维网状结构。本发明，在三维方向上都有非常高的导热率，导热材料具有高导热率和较强的力学强度，不但可以满足快速热传导的功能，还可以满足一定的力学结构设计要求，还能够作为骨架与其它材料复合使用，提高整体的导热率。
图1是本发明的结构示意图。图2是本发明的高分子薄膜示意图。图3是三维网状高导热石墨骨架材料的制作方法。图4是三维网状高导热石墨骨架材料截面的网眼形状为正方形。图5是三维网状高导热石墨骨架材料截面的网眼形状为六角形。图6是三维网状高导热石墨骨架材料截面的网眼形状为圆形。
具体实施例方式一种三维网状高导热石墨骨架结构，包括:(a)至少设有两层石墨导热膜12所形成三维网状结构，每相邻两层石墨导热膜之间的连接点大于5个，且连接点之间的距离大于lmm; (b)石墨导热膜的导热率为400-2400 W/mK ;厚度在5-1000 之间。三维网状结构的高导热石墨骨架结构，其网状结构的网眼中可以填充材料也可以不填充材料，可根据实际需要而定。实施例1:
图1所示，一种填充有高分子聚合物的三维网状高导热石墨骨架结构。由十层石墨导热膜12组成，所述的相邻两层石墨导热膜之间的连接点为9个，且连接点之间的距离大于Imm ;石墨导热膜的导热率为400-2400 W/mK ;厚度在5-1000 之间。本实施例中，相邻两层石墨导热膜(12)填充有聚酯的高分子聚合物组合物(13)。如图2所示，是本发明制作石墨导热膜所用的高分子薄膜10示意图。石墨膜12由多层高分子薄膜10叠层并高温石墨化所得，所述的高分子薄膜10包含至少一种选自以下的高分子聚合物:聚酯、聚碳酸酯、聚氨酯、聚酰亚胺，聚丙烯晴，聚酰胺，聚恶二唑，聚苯并恶唑，聚苯并噻唑，聚苯并咪唑，环氧树脂。如图3所示，是截面网眼形状为矩形的三维网状高导热石墨材料制作方法。在高分子薄膜10之间垫以截面为正方形的细结构石墨块11，边长为5mm。在石墨块本身的重力下，高分子薄膜的横截面被压成矩形，将高分子薄膜10和石墨块11叠层结构施加以IOKg/cm2的力，加热到2600°C并保温5个小时，之后以20°C /分钟的速度冷却到室温。相邻的高分子膜接触的位置在压力和高温的条件下结合在一起，而未接触的位置则未结合在一起。将石墨块抽出后，形成石墨膜12叠层，石墨膜12叠层展开形成横截面为矩形的三维网状骨架结构。如图4所示，是三维网状高导热石墨骨架材料截面的网眼形状为正方形。如图5所示，是三维网状高导热石墨骨架材料的横截面的网眼形状为六边形。如图6所示，是三维网状高导热石墨骨架材料截面的网眼形状为圆形。将双酚A环氧树脂固化剂三乙烯四胺以99.5:0.5的比例混合，所得混合物为低粘度液态，可以流动填充在如图4、图5、图6所示的三维网状高导热石墨骨架材料的网眼中，加热到60°并保持I小时，形成包含高导热石墨网状骨架的块体材料。
权利要求
1.一种三维网状高导热石墨骨架结构，包括至少设有两层石墨导热膜(12)形成三维网状骨架结构，其特征在于:所述的石墨导热膜(12)每相邻两层之间的连接点大于5个，且连接点之间的距离大于Imm ;所述石墨导热膜(12)的导热率为400-2400 W/mK ;厚度在5-1000 iim 之间。
2.根据权利要求1所述的一种三维网状高导热石墨骨架结构，其特征在于:所述的相邻两层石墨导热膜(12)之间所形成三维网状结构中填充有高分子聚合物的组合物(13)，所述的高分子聚合物的组合物(13)包含至少一种选自以下的高分子聚合物:聚酯、聚烯烃、乙烯一乙酸乙烯酯、聚碳酸酯、聚氨酯、硅胶、含氟聚合物或环氧树脂。
3.一种根据权利要求1所述的制作三维网状高导热石墨骨架结构的方法，其特征在于:将两层以上高分子薄膜(10)叠层，在每两层膜之间垫有石墨块(11)，在l-20Kg/cm2压力、2000-3400°C的高温下、保温0.5-5个小时，以20°C /分钟的速度冷却到室温，使相邻高分子薄膜接触的位置结合在一起并石墨化，而未接触的位置则未结合在一起，将石墨块抽出后形成石墨膜(12)叠层，石墨膜(12)叠层展开后其横截面为三维网状骨架结构。
4.根据权利要求3所述的制作三维网状高导热石墨骨架结构的方法，其特征在于:所述的石墨膜(12)叠层展开形成的横截面为矩形、六边形、圆形或不规则多边形。
全文摘要
一种三维网状高导热石墨骨架结构，包括至少设有两层石墨导热膜(12)，其特征在于所述的石墨导热膜(12)之间每相邻两层的连接点大于5个，且连接点之间的距离大于1mm；所述石墨导热膜(12)的导热率为400-2400W/mK；厚度在5-1000μm之间。本发明在三维方向上都有非常高的导热率，导热材料具有高导热率和较强的力学强度，不但可以满足快速热传导的功能，还可以满足一定的力学结构设计要求，还能够作为骨架与其它材料复合使用，提高整体的导热率。
文档编号H05K7/20GK103108531SQ20121049345
公开日2013年5月15日 申请日期2012年11月28日 优先权日2012年11月28日
发明者周作成, 刘付胜聪, 杨星, 张亚荣 申请人:博昱科技(丹阳)有限公司