复合碳纤维材料及其制备方法、复合碳纤维结构件、散热部件、电子产品与流程

本发明属于碳纤维材料，尤其涉及一种复合碳纤维材料及其制备方法、复合碳纤维结构件、散热部件、电子产品。

背景技术：

1、随着电子产品的快速迭代升级，其内部热流密度持续攀升，这对作为关键散热部件的导热材料提出了更高要求。现有的导热材料有聚丙烯腈(pan)基碳纤维、沥青基碳纤维等。聚丙烯腈(pan)基碳纤维虽具备轻质特性(密度约1.8g/cm3)，但其导热率普遍低于10w/(m·k)，难以满足5g芯片、折叠屏铰链等高热流密度场景的需求。沥青基碳纤维的导热率比聚丙烯腈基碳纤维导热率高，但易引发局部热量堆积，影响其整体导热性，进而制约了沥青基碳纤维在电子产品中的应用。

2、因此，亟需开发一种导热性较好、且不易引发局部热量堆积的碳纤维材料。

技术实现思路

1、本发明提供一种复合碳纤维材料，该复合碳纤维材料在水平方向和厚度方向的导热率均较高，不易引发局部热量堆积。

2、本发明提供一种复合碳纤维材料的制备方法，由该制备方法制得的复合碳纤维材料在水平方向和厚度方向的导热率均较高，不易引发局部热量堆积，且该制备方法简单、易实现。

3、本发明还提供一种复合碳纤维结构件，该复合碳纤维结构件在水平方向和厚度方向的导热率均较高。

4、本发明还提供一种散热部件，该散热部件具有优异的散热性能，能够高效地进行多维度热扩散。

5、本发明还提供一种电子产品，该电子产品具有优异的稳定性和较长的使用寿命。

6、本发明第一方面提供一种复合碳纤维材料，包括n层碳纤维层和m层导热层，所述碳纤维层和导热层交错层叠设置，n≥1，m≥1；所述导热层包括导热层基体和设置在所述导热层基体表面的导热粒子。

7、如上所述的复合碳纤维材料，其中，所述复合碳纤维材料在厚度方向和水平方向的导热率的比值为1:30-1。

8、如上所述的复合碳纤维材料，其中，所述导热粒子的导热率为30-3000wm-1k-1；和/或，所述导热粒子的直径为0.1-1000μm。

9、如上所述的复合碳纤维材料，其中，所述导热粒子占所述导热层基体重量的0.02-10％。

10、如上所述的复合碳纤维材料，其中，所述导热层基体的面方向导热率不低于100wm-1k-1。

11、如上所述的复合碳纤维材料，其中，所述碳纤维层的单层厚度为0.02-2mm；和/或，所述导热层基体的单层厚度为0.01-10mm。

12、如上所述的复合碳纤维材料，其中，所述导热粒子包括金属材料、陶瓷材料、碳材料中的至少一种；和/或，所述导热层基体包括石墨膜、石墨烯膜、金膜、银膜、铜膜、铝膜、sic膜、氮化硼膜、氧化铝膜中的至少一种；和/或，所述碳纤维层包括基体和浸润在基体中的碳纤维。

13、如上所述的复合碳纤维材料，其中，所述复合碳纤维材料还包括润湿剂，所述润湿剂位于所述碳纤维层和导热层之间；所述润湿剂中润湿剂的分子量为25-1000g/mol。

14、如上所述的复合碳纤维材料，其中，所述润湿剂包括氰胺衍生物。

15、如上所述的复合碳纤维材料，其中，所述润湿剂占所述导热层基体重量的0.02-5％。

16、如上所述的复合碳纤维材料，其中，所述导热层基体具有镂空结构。

17、如上所述的复合碳纤维材料，其中，所述镂空结构中的镂空面积占所述导热层基体总面积的0.2-10％。

18、本发明第二方面提供一种复合碳纤维材料的制备方法，包括：

19、1)向导热层基体表面引入导热粒子，得到导热层；

20、2)将所述导热层与碳纤维层复合固化，得到所述复合碳纤维材料。

21、如上所述的制备方法，其中，步骤2)中，所述复合固化之前，还包括对所述导热层进行热处理。

22、如上所述的制备方法，其中，所述热处理的温度为150-600℃，时间为0.5-6h。

23、如上所述的制备方法，其中，所述复合固化之前，还包括对所述导热层进行润湿处理。

24、如上所述的制备方法，其中，所述润湿处理包括将润湿剂引入所述导热层的表面。

25、本发明第三方面提供一种复合碳纤维结构件，包括上述第一方面的复合碳纤维材料，或上述第二方面的制备方法制得的复合碳纤维材料。由于复合碳纤维材料在厚度方向和水平方向的导热率均较高，不易引发局部热量堆积，因此，该复合碳纤维板在厚度方向和水平方向导热性能均较好。

26、本发明第四方面提供一种散热部件，包括上述第三方面提供的复合碳纤维结构件，或上述第一方面的复合碳纤维材料，或上述第二方面的制备方法制得的复合碳纤维材料。

27、本发明第五方面提供一种电子产品，包括上述第四方面提供的散热部件，或上述第一方面的复合碳纤维材料，或上述第二方面的制备方法制得的复合碳纤维材料，或上述第三方面的复合碳纤维结构件。

28、本发明提供的复合碳纤维材料包括交错层叠设置的碳纤维层和导热层，导热层包括导热层基体和其表面的导热粒子。由于导热层基体具有面内各向同性导热性能，导热层基体表面的导热粒子构建了三维杂化导热结构，使复合碳纤维材料的厚度方向导热率大幅度提升。因此，该复合碳纤维材料在厚度方向和水平方向的导热率均较高，不易引发局部热量堆积。

1.一种复合碳纤维材料，其特征在于，包括n层碳纤维层和m层导热层，所述碳纤维层和导热层交错层叠设置，n≥1，m≥1；所述导热层包括导热层基体和设置在所述导热层基体表面的导热粒子。

2.根据权利要求1所述复合碳纤维材料，其特征在于，所述复合碳纤维材料在厚度方向和水平方向的导热率的比值为1:30-1。

3.根据权利要求1或2所述复合碳纤维材料，其特征在于，所述导热粒子的导热率为30-3000wm-1k-1；和/或，所述导热粒子的直径为0.1-1000μm。

4.根据权利要求1-3任一项所述复合碳纤维材料，其特征在于，所述导热粒子占所述导热层基体重量的0.02-10％。

5.根据权利要求1-4任一项所述复合碳纤维材料，其特征在于，所述导热层基体的面方向导热率不低于100wm-1k-1。

6.根据权利要求1-5任一项所述复合碳纤维材料，其特征在于，所述碳纤维层的单层厚度为0.02-2mm；和/或，所述导热层基体的单层厚度为0.01-10mm。

7.根据权利要求1-6任一项所述复合碳纤维材料，其特征在于，所述导热粒子包括金属材料、陶瓷材料、碳材料中的至少一种；和/或，所述导热层基体包括石墨膜、石墨烯膜、金膜、银膜、铜膜、铝膜、sic膜、氮化硼膜、氧化铝膜中的至少一种；和/或，所述碳纤维层包括基体和浸润在基体中的碳纤维。

8.根据权利要求1-7任一项所述复合碳纤维材料，其特征在于，所述复合碳纤维材料还包括润湿剂层，所述润湿剂层位于所述碳纤维层和导热层之间；所述润湿剂层中润湿剂的分子量为25-1000g/mol。

9.根据权利要求8所述复合碳纤维材料，其特征在于，所述润湿剂包括氰胺衍生物。

10.根据权利要求9所述复合碳纤维材料，其特征在于，所述润湿剂占所述导热层基体重量的0.02-5％。

11.根据权利要求1-10任一项所述复合碳纤维材料，其特征在于，所述导热层基体具有镂空结构。

12.根据权利要求11所述复合碳纤维材料，其特征在于，所述镂空结构中的镂空面积占所述导热层基体总面积的0.2-10％。

13.一种权利要求1-12任一项所述复合碳纤维材料的制备方法，其特征在于，包括：

14.根据权利要求13所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述复合固化之前，还包括对所述导热层进行热处理。

15.根据权利要求14所述的制备方法，其特征在于，所述热处理的温度为150-600℃，时间为0.5-6h。

16.根据权利要求13所述的制备方法，其特征在于，所述复合固化之前，还包括对所述导热层进行润湿处理。

17.根据权利要求16所述的制备方法，其特征在于，所述润湿处理包括将润湿剂引入所述导热层的表面。

18.一种复合碳纤维结构件，其特征在于，包括权利要求1-12任一项所述的复合碳纤维材料，或权利要求13-17任一项所述的制备方法制得的复合碳纤维材料。

19.一种散热部件，其特征在于，包括权利要求18所述的复合碳纤维结构件，或包括权利要求1-12任一项所述的复合碳纤维材料，或权利要求13-17任一项所述的制备方法制得的复合碳纤维材料。

20.一种电子产品，其特征在于，包括权利要求19所述的散热部件，或包括权利要求1-12任一项所述的复合碳纤维材料，或权利要求13-17任一项所述的制备方法制得的复合碳纤维材料，或权利要求18所述的复合碳纤维结构件。