碳纤维导热材料的制备方法、碳纤维导热材料及热管理组件与流程

本申请涉及热管理，尤其涉及一种碳纤维导热材料的制备方法、碳纤维导热材料及热管理组件。

背景技术：

1、随着电子器件向小型化、高集成化及高功率密度方向发展，器件运行过程中产生的热量显著增加，热管理问题已成为影响器件性能与可靠性的关键因素。导热材料是热界面材料的一种典型形态，通常设置于发热器件与散热构件之间，用于填充界面间隙并降低界面热阻。

2、然而，相关技术中的导热材料多采用高导热填料与聚合物基体物理混合的方式制备，研究重点主要集中于提高填料含量及颗粒之间的搭接，而对于导热网络结构及填料取向性的构筑关注不足，导致材料内部存在较高界面热阻和声子散射，难以形成连续高效的导热通道，因此其热导性能普遍较低，难以满足高功率电子器件对高效界面散热的需求。

技术实现思路

1、本申请提供了一种碳纤维导热材料的制备方法、碳纤维导热材料及热管理组件，目的是有效减少热传导过程中的界面热阻，降低声子散射效应，提升热流在厚度方向或面内方向的定向传输效率，从而显著提高材料整体热传输性能。

2、为实现上述目的，本申请提供如下技术方案：

3、第一方面，本申请提供了一种碳纤维导热材料的制备方法，包括：将碳纤维、聚合物基体材料和稀释剂混合分散，并调节黏度，得到碳纤维分散体系；对碳纤维分散体系施加磁场，使碳纤维沿磁场的方向进行一次取向，形成初级取向导热结构；对经一次取向后的碳纤维分散体系施加电场，使未沿一次取向方向排列的碳纤维在电场作用下进行二次取向；对经二次取向后的碳纤维分散体系施加反向定型电场，使碳纤维的取向排列保持稳定，得到待固化碳纤维体系；对待固化碳纤维体系进行稀释剂去除和固化处理，得到碳纤维导热材料。

4、在本申请的一些实施例中，将碳纤维、聚合物基体材料和稀释剂混合分散，包括：对聚合物基体材料进行预混和真空脱泡处理，得到聚合物基体预混物；将聚合物基体预混物、碳纤维和稀释剂混合分散，得到碳纤维分散体系。

5、在本申请的一些实施例中，对碳纤维分散体系施加磁场，包括：将碳纤维分散体系置于容器中，并将容器置于外部磁场中，进行第一预设时间的磁控取向处理，使碳纤维在聚合物基体材料中沿磁场方向有序排布。

6、在本申请的一些实施例中，外部磁场的磁感应强度为0.3t。

7、在本申请的一些实施例中，对经一次取向后的碳纤维分散体系施加电场，使未沿一次取向方向排列的碳纤维在电场作用下进行二次取向，包括：将经一次取向后的碳纤维分散体系置于相对设置的电极之间，向电极施加电压，以在碳纤维分散体系中形成电场，并持续第二预设时间进行二次取向处理。

8、在本申请的一些实施例中，电场的电场强度为1v/μm。

9、在本申请的一些实施例中，对经二次取向后的碳纤维分散体系施加反向定型电场包括：向相对设置的电极施加反向电压，以在碳纤维分散体系中形成反向定型电场，其中，反向定型电场的方向与二次取向处理过程中形成的电场方向相反，且反向定型电场的电场强度与二次取向处理过程中形成的电场强度相同。

10、在本申请的一些实施例中，碳纤维包括聚丙烯腈基碳纤维、沥青基碳纤维或磁性颗粒负载碳纤维中的至少一种。

11、在本申请的一些实施例中，聚合物基体材料包括硅酮树脂、丙烯酸树脂、热固性树脂、热塑性树脂或相变聚合物复合材料中的至少一种。

12、在本申请的一些实施例中，稀释剂包括烃类溶剂、酯类溶剂或酮类溶剂中的至少一种。

13、在本申请的一些实施例中，烃类溶剂包括甲苯、二甲苯或石油醚中的至少一种，酯类溶剂包括乙酸乙酯或醋酸丁酯中的至少一种，酮类溶剂包括丙酮或丁酮中的至少一种。

14、在本申请的一些实施例中，在得到碳纤维导热材料之后，还包括：对碳纤维导热材料进行氮气等离子体表面处理，以在取向碳纤维导热材料的表面形成含氮改性层，得到具有含氮改性层的碳纤维导热材料。

15、在本申请的一些实施例中，对待固化碳纤维体系进行稀释剂去除和固化处理，得到碳纤维导热材料，包括：在第一预设条件下通过鼓风干燥箱对待固化碳纤维体系进行干燥处理，以挥发稀释剂；在对待固化碳纤维体系进行稀释剂去除后，将待固化碳纤维体系在第二预设条件下进行固化处理，其中，第一预设条件和第二预设条件的处理温度不同。

16、第二方面，本申请提供了一种碳纤维导热材料，该碳纤维导热材料由上述任一实施例的碳纤维导热材料的制备方法制备得到，碳纤维导热材料包括聚合物基体材料以及分布于聚合物基体材料中的碳纤维，其中，碳纤维沿预设方向取向排列，并在聚合物基体材料中形成取向导热通路。

17、第三方面，本申请提供了一种热管理组件，包括发热器件、散热器以及设置于发热器件和散热器之间的碳纤维导热材料；其中，碳纤维导热材料为上述实施例的碳纤维导热材料。

18、根据本申请提供的碳纤维导热垫的制备方法，首先将碳纤维、聚合物基体材料和稀释剂混合分散，并调节黏度，得到碳纤维分散体系，然后通过磁场与电场的协同作用，对碳纤维分散体系的取向进行处理，实现碳纤维在树脂基体中的高度有序排列，使碳纤维之间形成连续贯通的三维导热网络，使得碳纤维沿热流方向高度取向，能够有效缩短热传输路径，有效降低热量传输路径中的界面热阻，减少声子散射效应，显著提高材料在厚度方向上的导热性能。

1.一种碳纤维导热材料的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的碳纤维导热材料的制备方法，其特征在于，所述将碳纤维、聚合物基体材料和稀释剂混合分散，包括：

3.根据权利要求1所述的碳纤维导热材料的制备方法，其特征在于，所述对所述碳纤维分散体系施加磁场，包括：

4.根据权利要求3所述的碳纤维导热材料的制备方法，其特征在于，所述外部磁场的磁感应强度为0.3t。

5.根据权利要求1所述的碳纤维导热材料的制备方法，其特征在于，所述对经所述一次取向后的碳纤维分散体系施加电场，使未沿一次取向方向排列的碳纤维在所述电场作用下进行二次取向，包括：

6.根据权利要求5所述的碳纤维导热材料的制备方法，其特征在于，所述电场的电场强度为1v/μm。

7.根据权利要求5所述的碳纤维导热材料的制备方法，其特征在于，所述对经所述二次取向后的碳纤维分散体系施加反向定型电场包括：

8.根据权利要求1所述的碳纤维导热材料的制备方法，其特征在于，所述碳纤维包括聚丙烯腈基碳纤维、沥青基碳纤维或磁性颗粒负载碳纤维中的至少一种。

9.根据权利要求1所述的碳纤维导热材料的制备方法，其特征在于，所述聚合物基体材料包括硅酮树脂、丙烯酸树脂、热固性树脂、热塑性树脂或相变聚合物复合材料中的至少一种。

10.根据权利要求1所述的碳纤维导热材料的制备方法，其特征在于，所述稀释剂包括烃类溶剂、酯类溶剂或酮类溶剂中的至少一种。

11.根据权利要求10所述的碳纤维导热材料的制备方法，其特征在于，所述烃类溶剂包括甲苯、二甲苯或石油醚中的至少一种，所述酯类溶剂包括乙酸乙酯或醋酸丁酯中的至少一种，所述酮类溶剂包括丙酮或丁酮中的至少一种。

12.根据权利要求1所述的碳纤维导热材料的制备方法，其特征在于，在得到碳纤维导热材料之后，所述方法还包括：对所述碳纤维导热材料进行氮气等离子体表面处理，以在所述取向碳纤维导热材料的表面形成含氮改性层，得到具有含氮改性层的碳纤维导热材料。

13.根据权利要求1所述的碳纤维导热材料的制备方法，其特征在于，所述对所述待固化碳纤维体系进行稀释剂去除和固化处理，得到碳纤维导热材料，包括：

14.一种碳纤维导热材料，其特征在于，所述碳纤维导热材料由权利要求1至13任一项所述的碳纤维导热材料的制备方法制备得到，所述碳纤维导热材料包括聚合物基体材料以及分布于所述聚合物基体材料中的碳纤维，其中，所述碳纤维沿预设方向取向排列，并在所述聚合物基体材料中形成取向导热通路。

15.一种热管理组件，其特征在于，包括发热器件、散热器以及设置于所述发热器件和所述散热器之间的碳纤维导热材料；其中，所述碳纤维导热材料为权利要求14所述的碳纤维导热材料。