一种散热导电屏蔽缓冲泡棉及应用的制作方法

1.本发明属于泡棉材料技术领域，具体涉及一种散热导电屏蔽缓冲泡棉及应用。


背景技术：

2.随着第五代移动通信技术(简称5g或5g技术)的高速发展，高频率的引入、硬件零部件的升级以及联网设备及天线数量的成倍增长，设备与设备之间及设备本身内部的电磁干扰无处不在，电磁干扰和电磁辐射对电子设备的危害也日益严重，对电磁屏蔽的需求越来越迫切。同时，随着电子设备的功能越来越多、越来越强大，相应的其内部芯片或电子模块也越来越多，在带来电磁波干扰的同时也会产生更多的热。
3.目前，主要电磁波产生部件如芯片、cpu等外部可使用屏蔽罩对电磁波进行屏蔽，但是主板、外壳、屏下等较大模块之间使用屏蔽罩成本较高，且不符合目前电子设备轻薄化的要求，同时，因其部件间也存在许多不规则间隙，间隙的存在使得该电子模块很难将热散出，也会使得电子设备的耐缓冲性能降低，减少电子设备使用寿命。
4.目前解决上述问题的方式主要是采用导电布包裹海绵体所形成的复合结构泡棉进行填隙，但这种结构不仅具有硬度高、材料损耗大以及体积大等缺点，而且其散热效果较差，一般需复合导热片同时使用，成本高，在电子设备内部使用时其凹凸服从性较差，降低电子器件寿命，也不利于后端的5g电子器件加工与产品小型化。


技术实现要素：

5.针对现有技术的以上缺陷或改进需求中的一种或者多种，本发明提供了一种散热导电屏蔽缓冲泡棉及应用，其柔软且有更高的压缩比，可更好地适应电子设备内部的凹凸间隙场景，填充界面间隙，降低接触热阻，结合内添加导热填料，提高导热效果；同时导电膜层具有较好的表面导电性，使得材料可作为屏蔽电磁波材料。
6.为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供一种散热导电屏蔽缓冲泡棉，包括缓冲泡棉层和设置在该缓冲泡棉层一侧或两侧的导电膜层，且所述导电膜层采用逐层溅射的方式附着在所述缓冲泡棉层的表面；
7.所述散热导电屏蔽缓冲泡棉的厚度范围在0.06mm～1mm内，密度范围在0.03g/cm3～0.8g/cm3内，最大压缩比≥60％，各向最大泡孔径不超过80μm，泡棉开孔率≤30％；
8.所述缓冲泡棉层内含有纤维状导热填料，其导热系数在1w/m
·
k～10w/m
·
k内。
9.作为本发明的进一步改进，所述导电膜层厚度在0.03μm～1μm以内，方阻值≤1ω/
□
；
10.作为本发明的进一步改进，所述纤维状导热填料的长径比》60。
11.作为本发明的进一步改进，所述纤维状导热填料为碳纳米管和/或碳纳米纤维。
12.作为本发明的进一步改进，所述纤维状导热填料添加量为5％～30％。
13.作为本发明的进一步改进，所述导电膜层为银、铜、金、铝、锌或其合金中的一种或多种。
14.作为本发明的进一步改进，所述缓冲泡棉层为具有泡孔结构的聚合物泡棉。
15.作为本发明的进一步改进，该泡棉还包含橡胶和/或热塑性弹性体。
16.按照本发明的另一个方面，提供一种所述的散热导电屏蔽缓冲泡棉作为电子产品的电子部件间填隙散热屏蔽材料的应用。
17.总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
18.本发明的散热导电屏蔽缓冲泡棉，柔软且具有更高的压缩比，可更好地适应电子设备内部的凹凸间隙场景，填充界面间隙，降低接触热阻，结合内添加导热填料，提高导热效果；同时导电膜层具有较好的表面导电性，使得材料可作为屏蔽电磁波材料。
19.本发明的散热导电屏蔽缓冲泡棉，具有多个泡孔结构，具有填隙能力强、缓冲性好、散热快、屏蔽效能高、更加轻薄等优点，更适合作为电子产品的电子部件间的填隙散热屏蔽材料。
具体实施方式
20.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
21.本发明提供一种散热导电屏蔽缓冲泡棉，包括缓冲泡棉层和设置在该缓冲泡棉层一侧或两侧的导电膜层；
22.散热导电屏蔽缓冲泡棉的厚度范围在0.06mm～1mm内，厚度太薄，在厚度方向上泡孔数太少，表观易破损，耐久性较差，散热导电屏蔽缓冲泡棉厚度太厚，则不适合于如今电子设备轻量化、薄型化的趋势，因此整体散热导电屏蔽缓冲泡棉的厚度范围优选为0.06mm～1mm；
23.进一步地，散热导电屏蔽缓冲泡棉的密度范围在0.03g/cm3～0.8g/cm3以内，最大压缩比≥60％；在此范围的压缩比下，发泡片材更柔软，能更适应电子设备部件间隙中的不均匀面，且不会对电子设备内器件产生大的持续应力，有较好的凹凸服从性能，这也有利于电子设备的耐久性与稳定性；
24.进一步地，散热导电屏蔽缓冲泡棉的各向最大泡孔径不超过80μm，泡棉开孔率≤30％，在此范围的泡棉孔径与闭孔率，可以更好的匹配导电膜层的制备工艺。在制备导电膜层时使用的逐层溅射方法，溅射过程中，泡棉有部分时间处于真空环境下，如果泡棉的孔径偏大或闭孔率较低，则会出现泡孔膨胀破裂的现象，也会使得泡棉表面的出现许多孔洞，而溅射工艺难以将这些孔洞填满，这会使得导电膜层溅射在泡棉后，导电膜层表面也存在许多破孔，破孔的存在会降低导电膜层的导电均匀性，且破孔处无法阻挡电磁波的穿透，从而影响导电泡棉的屏蔽性能。
25.导电膜层厚度在0.03μm～1μm以内，方阻值≤1ω/
□
，方阻值越低，膜表面导电性能越好，具有更好的屏蔽性能；
26.缓冲泡棉层内含有纤维状导热填料，用以改善缓冲泡棉层的导热性能，缓冲泡棉层的导热系数在1w/m
·
k～10w/m
·
k内。
27.进一步优选地，纤维状导热填料为碳纳米管和/或碳纳米纤维，长径比为》60，较高长径比的纤维状结构，使得导热填料之间更容易发生交缠形成网络，相对于颗粒状导热填料，可以添加更少量而达到相同的导热效果，同时，纤维状填料在纤维方向上也具有一定的延展性，更有利于泡棉层在提高导热性能的同时，也能保持较好的柔软性；且纤维状导热填料添加量在5％～30％范围内，较低的添加量使得导热填料在泡棉内部没有形成连续的较多的通路，对泡棉导热性能的提升作用较小，而更高的添加量会增加泡棉的刚性，使得泡棉在导热系数提升的同时，难以保持更好的柔软性、更高的压缩比。
28.进一步优选地，缓冲泡棉层为具有泡孔结构的聚合物泡棉，为了得到上述的泡孔结构的聚合物泡棉，优选聚合物作为基体的发泡材料，没有特别的限定，例如可列举出低密度聚乙烯、中密度聚乙烯、高密度聚乙烯、线状低密度聚乙烯、聚丙烯、乙烯与丙烯的共聚物、乙烯或丙烯与其他α-烯烃(例如丁烯-1、戊烯-1、己烯-1、4-甲基戊烯-1等)的共聚物、乙烯与其他烯属不饱和单体(烯属不饱和单体例如为酸乙烯酯、丙烯酸、丙烯酸酯、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸酯、乙烯醇等)的共聚物等聚烯烃类树脂；聚氨酯；聚甲基丙烯酸甲酯等丙烯酸类树脂。发泡用高分子树脂可以单独使用或将两种以上组合使用。
29.上述聚合物泡棉中也可包含橡胶成分和/或热塑性弹性体成分。作为上述橡胶成分或热塑性弹性体成分，只要具有橡胶弹性且发泡倍率高就无特别限定，例如，可列举出天然橡胶、聚异丁烯、聚异戊二烯、氯丁二烯橡胶、丁基橡胶、丁腈橡胶等天然橡胶或合成橡胶；乙烯-丙烯共聚物、乙烯-丙烯-二烯共聚物、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、聚丁烯、氯化聚乙烯等烯烃类弹性体；聚酯类弹性体；聚酰胺类弹性体；有机硅类弹性体；聚氨酯类弹性体等各种热塑性弹性体等。另外，这些橡胶成分或热塑性弹性体成分可以单独使用或将两种以上组合使用。
30.需要说明的是，在不影响聚合物泡棉物性的范围内，还含有发泡剂、发泡调节剂、敏化剂、结晶成核剂、表面活性剂、张力改性剂、防收缩剂、流动性改性剂、流变剂、光热稳定剂、阻燃剂、增塑剂、润滑剂、颜料、填充剂、抗静电剂、抗氧剂、色母粒子中的任意一种或多种。
31.进一步优选地，导电膜层为银、铜、金、铝、锌或其合金中的一种或多种，主要采取溅射的工艺，将所述导电膜层紧密附着在缓冲泡棉层的表面。与常规溅射工艺作比较，本发明的溅射工艺中采用连续逐层溅射的工艺，即使泡棉层经过一个或多个靶材溅射腔室，逐层溅射导电膜层，可使导电膜层与泡棉层之间的附着更紧密、导电膜层具有更好的耐刮擦性能，且可降低单靶材溅射腔室内粒子附着在泡棉层产生的温度，避免聚合物泡棉层受到高温发生变形。
32.采用溅射工艺得到的导电膜层厚度较薄，厚度在0.03μm～1μm以内。若厚度小于0.03μm，则难以得到表面方阻较低的性能，从而不能达到较好的屏蔽效果；若厚度大于1μm，则导电膜层中金属的刚性会表现明显，无法得到较柔软的泡棉；在本发明优选厚度范围内，泡棉具有很好的表面导电性能，使得导电膜层可作为缓冲泡棉层的屏蔽层。同时金属膜也具有一定的延展性，使得导电膜层对缓冲泡棉层的物理性能如压缩性能不会产生影响。泡棉具有较好的凹凸服从性，且泡棉在凹凸间隙处轻微变形时也能有很好的表面导电性能，使得泡棉屏蔽性能更稳定。
33.在本发明实施例中，对发泡片材采用的测试方法如下：
34.泡棉厚度：基于astm d3574标准中记载的方法测定，使用底座面积≥650mm2的软质泡棉专用测厚规进行厚度测试，在10cm*10cm的发泡片材样品上采取9点法(样品中心点、靠近样品四边中心点、靠近样品四角点)测厚度，计算平均值。
35.泡棉密度：选取10cm*10cm的发泡片材标准样品，基于astm d3574标准中记载的方法测定厚度后，称量质量，计算出密度。
36.泡棉最大压缩比：基于astm d3574标准中记载的方法测定，采用电子拉力机测试。标准实验室环境下，样品规格50mm*50mm，高度叠加至10mm，测试仪感应器抬高到约10mm高并固定，将位移应力清零后开始压缩测试，压缩速度5mm/min，最终加载应力2000n，记录压缩形变最大时的压缩量。
37.泡棉开孔率：基于astm d2856测试标准完成测试，得到泡棉开孔率。
38.最大泡孔径：标准实验室环境下，对于要测定泡孔径的每一方向，需从被测样品上切割大小10mm
×
10mm原厚的试样。从试祥上任意切割试片，试片厚度应小于单个泡孔的直径，尽量保证影像不因孔壁重叠而被遮住，最佳切片厚度应随发泡材料的平均泡孔尺寸而定,以较小的泡孔直径作为切片厚度；使用sem测试试片上泡孔的直径，取最大孔径数值作为样品最大泡孔径。
39.泡棉导热系数：基于astm e1461-13测试标准完成测试，得到样品导热系数。
40.导电膜层方阻：采用dmr-1c型四探针方阻仪进行测试。
41.导电膜层厚度：截取样品截面样品，使用sem及分析软件，标定导电膜层厚度。
42.泡棉屏蔽效能：基于gb/t12190:2006测试标准，采用电磁屏蔽室屏蔽效能的方法，得到屏蔽效能数据。
43.为更好地理解本发明的散热导电屏蔽缓冲泡棉及其制备方法，提供如下具体实施例。
44.实施例1
45.本实施例的散热导电屏蔽缓冲泡棉，选取低密度聚乙烯(ldpe)树脂50重量份作基本树脂，乙烯-醋酸乙烯共聚物(eva)30重量份作树脂改性剂，偶氮二甲酰胺3重量份作发泡剂(粒径＜10μm)，碳纳米管(长径比65)15重量份作导热填料，马来酸酐2重量分作相容剂，在180℃温度熔融、共混、挤出拉伸成片材；经过辐照交联，辐照剂量为25mrad；在240℃下发泡，偶氮二甲酰胺发泡产生气体，片材发泡成具有多个泡孔结构的泡棉，泡棉厚度0.3mm；通过磁控溅射工艺在泡棉一侧沉积0.05μm厚的金属ag层。
46.制备的散热导电屏蔽缓冲泡棉，取样进行上述测试，测试结果如表(1)所示。
47.实施例2
48.与实施例1不同的地方在于，为了得到更柔软、更薄的泡棉，同时添加二元乙丙橡胶(epr)作树脂改性剂，选取低密度聚乙烯(ldpe)树脂40重量份作基本树脂，乙烯-醋酸乙烯共聚物(eva)25重量份和二元乙丙橡胶(epr)15重量份作树脂改性剂，偶氮二甲酰胺3重量份作发泡剂(粒径＜10μm)，碳纳米管(长径比65)15重量份作导热填料，马来酸酐2重量分作相容剂，其他步骤与实施例1相同。
49.制备的散热导电屏蔽缓冲泡棉，取样进行上述测试，测试结果如表(1)所示。
50.实施例3
51.与实施例2不同的地方在于，为了得到更散热的泡棉，导热填料改为15重量份的纳
米碳纤维(长径比120)。
52.制备的散热导电屏蔽缓冲泡棉，取样进行上述测试，测试结果如表(1)所示。
53.实施例4
54.与实施例3不同的地方在于，调节了导热填料的添加量，选取低密度聚乙烯(ldpe)树脂44重量份作基本树脂，乙烯-醋酸乙烯共聚物(eva)25重量份和二元乙丙橡胶(epr)20重量份作树脂改性剂，偶氮二甲酰胺3重量份作发泡剂(粒径＜10μm)，纳米碳纤维(长径比120)6重量份作导热填料，马来酸酐2重量分作相容剂，其他步骤与实施例3相同。
55.制备的散热导电屏蔽缓冲泡棉，取样进行上述测试，测试结果如表(1)所示。
56.实施例5
57.与实施例3不同的地方在于，调节了导热填料的添加量，选取低密度聚乙烯(ldpe)树脂33重量份作基本树脂，乙烯-醋酸乙烯共聚物(eva)15重量份和二元乙丙橡胶(epr)22重量份作树脂改性剂，偶氮二甲酰胺3重量份作发泡剂(粒径＜10μm)，纳米碳纤维(长径比120)24重量份作导热填料，马来酸酐3重量分作相容剂，其他步骤与实施例3相同。
58.制备的散热导电屏蔽缓冲泡棉，取样进行上述测试，测试结果如表(1)所示。
59.实施列6
60.与实施案列3不同的地方在于，为了得到更高屏蔽效能的泡棉，通过磁控溅射工艺在泡棉一侧沉积了0.9μm厚的金属ag层。
61.制备的散热导电屏蔽缓冲泡棉，取样进行上述测试，测试结果如表(1)所示。
62.实施列7
63.与实施案列3不同的地方在于，为了得到更高屏蔽效能的泡棉，通过磁控溅射工艺在泡棉一侧沉积了0.9μm厚的金属cu层。
64.制备的散热导电屏蔽缓冲泡棉，取样进行上述测试，测试结果如表(1)所示。
65.实施列8
66.与实施案列3不同的地方在于，为了得到更高屏蔽效能的泡棉，通过磁控溅射工艺在泡棉两侧沉积了0.2μm厚的金属ag层。
67.制备的散热导电屏蔽缓冲泡棉，取样进行上述测试，测试结果如表(1)所示。
68.对比例1
69.与实施案列3不同的地方在于，没有在泡棉表面溅射导电膜层。
70.制备的散热导电屏蔽缓冲泡棉，取样进行上述测试，测试结果如表(1)所示。
71.对比例2
72.与实施案列3不同的地方在于，添加的导热填料为普通碳粉末(长径比10)。
73.制备的散热导电屏蔽缓冲泡棉，取样进行上述测试，测试结果如表(1)所示。
74.对比例3
75.与实施例3不同的地方在于，调节了导热填料的添加量，选取低密度聚乙烯(ldpe)树脂25重量份作基本树脂，乙烯-醋酸乙烯共聚物(eva)15重量份和二元乙丙橡胶(epr)22重量份作树脂改性剂，偶氮二甲酰胺4重量份作发泡剂(粒径＜10μm)，纳米碳纤维(长径比120)31重量份作导热填料，马来酸酐3重量分作相容剂，其他步骤与实施例3相同。
76.制备的散热导电屏蔽缓冲泡棉，取样进行上述测试，测试结果如表(1)所示。
77.表(1)实施例及对比例数据表
[0078][0079]
本发明的散热导电屏蔽缓冲泡棉，具有多个泡孔结构，具有填隙能力强、缓冲性好、散热快、屏蔽效能高、更加轻薄等优点，更适合作为电子产品的电子部件间的填隙散热屏蔽材料。
[0080]
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。