阅读说明：本技术 一种导热复合涂料及其制备的导热涂层 ([db:专利名称-en]) 是由 江燕燕 于 2018-07-26 设计创作，主要内容包括：本发明涉及涂料技术领域,尤其涉及一种导热复合涂料,并进一步公开由其制备的导热涂层。本发明的导热复合涂料,以聚氨酯胶、环氧树脂、聚丙烯树脂、硅胶中的一种或几种为涂料基质,采用具有高导热率的氧化石墨烯、碳纳米管等作为导热填料,通过二维的氧化石墨烯结合一维的碳纳米管以及弥散分布的无机金属化合物纳米导热剂等,形成三维网状的导热结构,发挥协同导热作用,在有机基体中具有优异的导热性能,涂层导热率达到15-100W/(m·k)；同时涂层具有良好的化学稳定性和耐候性,可以长期耐高温工作；涂料的粘附力强、韧性好,牢固的附着于工件表面,表面平整。([db:摘要-en])

一种导热复合涂料及其制备的导热涂层

技术领域

本发明涉及涂料技术领域，尤其涉及一种导热复合涂料，并进一步公开由其制备的导热涂层。

背景技术

随着电子工业的高速发展，现代电子设备正日益成为高密度组装的高度集成系统，这使得产品的热流密度日趋变大。如果产品的散热能力不足，部件及电路温度上升，就会使设备热变形与热失效，影响到电子产品的性能与寿命。统计资料表明，电子元器件温度每升高2℃，可靠性下降10％；温升50℃时的寿命只有温升25℃时的1/6，可见温度是影响设备可靠性最重要的因素之一。

针对系统散热问题，常采用主动及被动散热方式，利用传导、辐射、对流等技术将热量转移。主动散热即采用风冷等方式带走热量，但由于机械接触散热可能会因为存在机械振动、以及机械噪音大、元器件的尺寸或结构不便安装风扇等问题，使得主动散热方式的利用率不高，且常规的机械接触散热也存在效率低下问题。现有的被动散热方式，即通过在各类工业散热器表面涂布有导热性的涂料来提高其散热性能。但常用的导热填料存在导热系数低下、散热效率低的问题，难以满足大发热量的电子元器件的散热需求。同时，采用碳纳米管或石墨烯作为填料时，难以完全忽视其导电性能，特别是导电性能较高的石墨烯，在其颗粒尺寸较大的情况下，片状石墨烯的导电性会对电子元器件的安全产生影响。因此，提供一种导热效果好且绝缘效果佳的导热涂料是该领域亟待解决的一项技术问题。

发明内容

本发明针对上述技术问题，提供一种导热复合涂料，并进一步公开其制备的导热涂层。

本发明采用以下技术方案：

一种导热复合涂料，包括如下重量份的组分：涂料基质40-150份，导热填料3-10份，分散剂1-3份，增韧剂10-15份，固化剂2-5份，稳定剂1-2份，消泡剂0.5-1份，溶剂40-80份。

进一步的，涂料基质包括聚氨酯胶、环氧树脂、聚丙烯树脂、硅胶中的一种或几种。聚氨酯胶、环氧树脂等具有良好的耐候性和抗化学品性，有利于导热填料的润湿分散。

进一步的，导热填料包括单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、纳米炭黑、金刚石微粉中的至少一种以及氧化石墨烯和无机金属化合物纳米导热剂。碳纳米管等与树脂等涂料基质有着良好的结合界面，有利于其在树脂中的分散，提高导热填料与涂料基质的相容性，从而降低界面间的接触热阻，提高导热系数。

进一步的，无机金属化合物纳米导热剂包括纳米氮化铝、纳米氮化硅、纳米氧化铝、纳米氧化硅、纳米氮化硼中的一种或几种。

其中，氧化石墨烯采用如下方法制备：将石墨与硝酸钠加入98％的浓硫酸中，将混合物置于冰浴下搅拌，称取高锰酸钾缓慢加入到上述溶液中，低温下快速搅拌，再将混合物移入35℃温水浴中继续搅拌；缓慢滴加蒸馏水于混合物中并控制温度在98℃，保持30-60min；冷却至室温后加入双氧水除去过量的高锰酸钾直到混合物变为亮黄色为止；加入蒸馏水稀释并趁热过滤，依次使用盐酸、无水乙醇、去离子水洗涤直到滤液中无硫酸根离子，溶液呈中性，60℃烘箱烘干后得到氧化石墨烯。

进一步的，分散剂选自苯甲醇、连苯三酚、乙酸乙酯、BYK90766、BYK161中的一种或几种，分散剂的添加有助于改善导热填料与其它辅料之间的相容性，有利于导热填料在涂料基质中形成三维网状结构，从而提高涂料的导热性；增韧剂选自丁腈橡胶、聚硫橡胶、聚乙烯醇缩醛、煤焦油、邻苯二甲酸二丁酯、磷酸三苯酯中的一种或几种；固化剂选自二甲基苯胺、氨基树脂固化剂、封闭型异氰酸酯或酸酐固化剂，优选的，固化剂为Bayhydur VP LS2150BA或WT-2102；消泡剂为JY-810或ZBH-305或BD-304；溶剂为去离子水或醇类溶剂，具有价格低、环境友好的特点。

本发明还公开了一种制备上述导热复合涂料的方法，包括以下步骤：

(1)在第一容器中加入部分溶剂，再向其中加入稳定剂、消泡剂、增韧剂、分散剂以及研磨后的导热填料粉体，搅拌得到第一混合液；

(2)在第二容器中加入剩余溶剂，再向其中加入涂料基质和固化剂，搅拌得到第二混合液；

(3)将第一混合液和第二混合液混合，在球磨机中球磨，球磨转速为600-800r/min；

(4)将球磨后的混合液过滤，滤液即为导热复合涂料。

进一步的，步骤(1)和步骤(2)中的搅拌转速为1500-2000r/min。

本发明还公开了上述导热复合涂料的应用，其被应用于电子器件中。

本发明还公开了一种导热涂层，包括待涂布工件以及涂布在工件表面的上述导热复合涂料。

进一步的，导热复合涂料在工件表面的涂布厚度为5-300μm。

本发明还公开了上述导热涂层的制备方法，包括以下步骤：

(1)搅拌导热复合涂料得到均匀的复合浆料；

(2)将待涂布工件表面进行碱洗除油、打磨、抛光处理，再进行超声清洗并烘干；

(3)将复合浆料涂布在处理后的工件表面上；

(4)将涂布复合浆料的工件进行烘干以固化，即得导热涂层。

本发明的导热复合涂料及其制备的导热涂层，具有以下有益效果：

(1)本发明的导热复合涂料，以聚氨酯胶、环氧树脂等作涂料基质，采用具有高导热率的氧化石墨烯、碳纳米管等作为导热填料，通过二维的氧化石墨烯结合一维的碳纳米管以及弥散分布的无机金属化合物纳米导热剂等，形成三维网状的导热结构，使得导热材料间形成接触和相互作用，发挥协同导热作用，使得涂料具有优异的导热性能，热源产生的热量能够通过三维网状的导热结构扩散到涂层表面，进而再把热量散发出去，得到大幅度降低热源温度的效果，涂层导热率达到15-100W/(m·k)。

(2)本发明的导热涂层，通过将导热复合涂料涂布在工件表面，涂层具有良好的化学稳定性和耐候性，可以长期耐高温工作；涂料的粘附力强、韧性好，牢固的附着于工件表面，表面平整，且可显著提高工件的表面热传导，耐温性可以达到200℃×12h无明显变色，大大提高了工件的使用寿命。同时涂层的制备方法简单、操作简便，适于大范围推广应用。

具体实施方式

下面将结合具体实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通的技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明的保护范围。

实施例1

一种导热复合涂料，包括如下重量份的组分：环氧树脂45份，纳米氮化铝1份、单壁碳纳米管3份、氧化石墨烯4份、金刚石微粉1份，分散剂2份，增韧剂15份，固化剂4份，稳定剂1份，消泡剂0.5份，去离子水50份。

本实施例中的导热复合涂料通过以下步骤制备：

(1)在第一容器中加入部分去离子水，再向其中加入稳定剂、消泡剂、增韧剂、分散剂以及研磨后混合均匀的纳米氮化铝、单壁碳纳米管和氧化石墨烯粉体，以1600r/min的转速搅拌得到第一混合液；

(2)在第二容器中加入剩余去离子水，再向其中加入环氧树脂和固化剂，以1600r/min的转速搅拌得到第二混合液；

(3)将第一混合液和第二混合液混合，在球磨机中球磨，球磨转速为600r/min；

(4)将球磨后的混合液过200目滤网过滤，滤液即为导热复合涂料。

本实施例中导热涂层的制备方法：

(1)搅拌导热复合涂料得到均匀的复合浆料；

(2)将待涂布工件表面进行碱洗除油、打磨、抛光处理，再进行超声清洗并烘干；

(3)将复合浆料涂布在处理后的工件表面上；

(4)将涂布复合浆料的工件进行烘干以固化，即得导热涂层。

实施例2

一种导热复合涂料，包括如下重量份的组分：聚氨酯胶20份、环氧树脂20份，纳米氮化硼1份，纳米炭黑1份、氧化石墨烯1份，分散剂1份，增韧剂10份，固化剂2份，稳定剂2份，消泡剂0.5份，乙醇溶剂40份。

本实施例中的导热复合涂料通过以下步骤制备：

(1)在第一容器中加入部分乙醇溶剂，再向其中加入稳定剂、消泡剂、增韧剂、分散剂以及研磨后的混合均匀的纳米炭黑和氧化石墨烯粉体，以1500r/min的转速搅拌得到第一混合液；

(2)在第二容器中加入剩余乙醇溶剂，再向其中加入聚氨酯胶、环氧树脂和固化剂，以1500r/min的转速搅拌得到第二混合液；

(3)将第一混合液和第二混合液混合，在球磨机中球磨，球磨转速为600r/min；

(4)将球磨后的混合液过200目滤网过滤，滤液即为导热复合涂料。

本实施例中导热涂层的制备方法同实施例1。

实施例3

一种导热复合涂料，包括如下重量份的组分：聚氨酯胶40份、环氧树脂30份、聚丙烯酸树脂10份，纳米氮化硅3份、多壁碳纳米管1份、氧化石墨烯3份、金刚石微粉1份，分散剂2份，增韧剂12份，固化剂3份，稳定剂2份，消泡剂0.5份，去离子水60份。

本实施例中的导热复合涂料通过以下步骤制备：

(1)在第一容器中加入部分去离子水，再向其中加入稳定剂、消泡剂、增韧剂、分散剂以及研磨后的混合均匀的纳米氮化硅、多壁碳纳米管、氧化石墨烯、金刚石微粉粉体，以1800r/min的转速搅拌得到第一混合液；

(2)在第二容器中加入剩余去离子水，再向其中加入聚氨酯胶、环氧树脂、聚丙烯酸树脂和固化剂，以1800r/min的转速搅拌得到第二混合液；

(3)将第一混合液和第二混合液混合，在球磨机中球磨，球磨转速为700r/min；

(4)将球磨后的混合液过200目滤网过滤，滤液即为导热复合涂料。

本实施例中导热涂层的制备方法同实施例1。

实施例4

一种导热复合涂料，包括如下重量份的组分：聚氨酯胶35份、环氧树脂40份、聚丙烯酸树脂40份、硅胶35份，纳米氧化铝3份、单壁碳纳米管4份、氧化石墨烯2份、金刚石微粉1份，分散剂3份，增韧剂13份，固化剂3份，稳定剂1份，消泡剂1份，乙醇溶剂80份。

本实施例中的导热复合涂料通过以下步骤制备：

(1)在第一容器中加入部分乙醇溶剂，再向其中加入稳定剂、消泡剂、增韧剂、分散剂以及研磨后的混合均匀的纳米氧化铝、单壁碳纳米管、氧化石墨烯、金刚石微粉粉体，以2000r/min的转速搅拌得到第一混合液；

(2)在第二容器中加入剩余乙醇溶剂，再向其中加入聚氨酯胶、环氧树脂、聚丙烯酸树脂、硅胶和固化剂，以2000r/min的转速搅拌得到第二混合液；

(3)将第一混合液和第二混合液混合，在球磨机中球磨，球磨转速为800r/min；

(4)将球磨后的混合液过200目滤网过滤，滤液即为导热复合涂料。

本实施例中导热涂层的制备方法同实施例1。

对比例1

一种导热复合涂料，包括如下重量份的组分：聚氨酯胶25份、环氧树脂30份，单壁碳纳米管4份，分散剂2份，增韧剂13份，固化剂3份，稳定剂1份，消泡剂0.5份，去离子水50份。

本对比例中的导热复合涂料和导热涂层的制备方法同实施例1。

对比例2

一种导热复合涂料，包括如下重量份的组分：聚氨酯胶35份、环氧树脂30份，纳米氮化铝3份，分散剂2份，增韧剂13份，固化剂3份，稳定剂2份，消泡剂1份，去离子水60份。

本对比例中的导热复合涂料和导热涂层的制备方法同实施例1。

对比例3

一种导热复合涂料，包括如下重量份的组分：聚氨酯胶35份、环氧树脂30份，金刚石微粉1份，分散剂2份，增韧剂13份，固化剂3份，稳定剂2份，消泡剂1份，去离子水60份。

本对比例中的导热复合涂料和导热涂层的制备方法同实施例1。

将实施例1-4和对比例1-3制得的导热涂层进行性能测试，测试内容及标准如下：

导热率：参照ASTMD5470薄型热导性固体电工绝缘材料传热性的试验方法。

耐温性能：参照EN12877-2:2000检测标准。

粘结力：参照GB2792-81剥离强度测定方法。

附着力：参照GB/T9286-1998标准进行测试，其中ISO等级划分为：0-5等级，0级附着力最好，5级最差。

耐盐雾性能：参照《色漆和清漆耐中性烟雾性能的测定》中GB/T 1771-2007耐中性盐雾测试方法。

测试结果如表1所示。

表1性能测试结果

由表1可知，与对比例相比，本发明的导热涂层具有良好的导热性和耐温性。通过将导热复合涂料涂布在工件表面，利用氧化石墨烯、碳纳米管以及纳米导热剂之间的协同导热作用，形成三维网状导热结构，有利于将热源产生的热量通过三维网状结构导出扩散至涂层表面并进一步向外界散发出去，赋予了导热涂层优异的导热性能。同时氧化石墨烯等导热填料以及其他辅料的混合，也提高了涂层的粘结性、附着力和抗腐蚀能力，使其能够很好的满足多种条件下的电子器件对其表面涂层的要求。另一方面，导热涂层制备工艺简单方便，通过涂布、固化即可在工件表面形成一层具有优异导热性能的涂层，适用于多种电子元件的散热，可大范围推广应用。

以上借助具体实施例对本发明做了进一步描述，但是应该理解的是，这里具体的描述，不应理解为对本发明的实质和范围的限定，本领域内的普通技术人员在阅读本说明书后对上述实施例做出的各种修改，都属于本发明所保护的范围。