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CN110684142A - 一种用于cpu散热的蜂窝状固液复合散热材料的制造方法 - Google Patents

一种用于cpu散热的蜂窝状固液复合散热材料的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于CPU散热的蜂窝状固液复合散热材料及其制造方法，该散热材料由两部分组成：基体部分是按重量份计内部有蜂窝状多路通孔的P(VDF‑TrFE)共聚物55份‑80份，填料部分为固化在基体部分内部的包括聚甲基丙烯酸甲酯15份‑20份、乙烯‑醋酸乙烯25份‑35份和石墨粉15份‑25份三种组份的共混物。本发明无需胶粘剂、比表面积大、散热快、多种散热方式并存、耐侯、抗氧化、抗干裂。

Description

一种用于CPU散热的蜂窝状固液复合散热材料的制造方法
技术领域
本发明涉及电气装置用散热材料技术领域，尤其涉及一种用于CPU散热的蜂窝状固液复合散热材料的制造方法。
背景技术
现有技术中的CPU散热器根据其散热方式可分为风冷、热管和水冷三种。
其中风冷散热器这是现在最常见的散热器类型，包括一个散热风扇和一个一般为铝材质的散热片，其原理是将CPU产生的热量传递到散热片上，然后再通过风扇将热量带走。热管散热器是一种具有极高导热性能的传热元件，它通过在全封闭真空管内的液体的蒸发与凝结来传递热量。该类风扇大多数为“风冷+热管”性，兼具风冷和热管优点，具有极高的散热性。水冷散热器是使用液体在泵的带动下强制循环带走散热器的热量，与风冷相比具有安静、降温稳定、对环境依赖小等等优点。
但市面上任意一种散热器都仅利用了一种或两种热量传递方式，即接触式传热和热对流两种机理，同时有着较为复杂的结构和较高的材料成本，制约着高性能CPU的使用和推广。另外，所有散热器的底端都是通过涂抹硅脂来完成散热材料与CPU之间的完全接触，但硅脂本身传热性能一般，且随着在高温下工作时间延长也会干固、老化，影响整体散热性能。
因此，市面上急需一种无需胶粘剂、比表面积大、散热快、多种散热方式并存、耐侯、抗氧化、抗干裂的用于CPU散热的蜂窝状固液复合散热材料制造方法。
发明内容
本发明旨在提供一种无需胶粘剂、比表面积大、散热快、多种散热方式并存、耐侯、抗氧化、抗干裂的用于CPU散热的蜂窝状固液复合散热材料制造方法。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种用于CPU散热的蜂窝状固液复合散热材料的制造方法，包括以下步骤：
1)原料准备
①原材料准备：按重量份准备偏二氟乙烯40份-50份、三氟乙烯30份-40份、甲基丙烯酸甲酯25份-30份、醋酸乙烯15份-18份、乙烯25份-30份、偶氮二异丁腈引发剂0.15份-0.25份、石墨粉20份-25份、古尔胶0.1份-0.2份；
②工装准备：准备底部按1mm-1.5mm网格间隙均匀密排设置着孔径0.3mm-0.5mm、喷出角度与底面呈60°、喷出角度沿气孔所在圆周的切向方向顺时针分布的通气孔的圆柱形玻璃加热容器；
2)液体本体聚合反应
①将阶段1)步骤①准备的偶氮二异丁腈引发剂0.05份-0.07份与全部甲基丙烯酸甲酯、醋酸乙烯、石墨粉混合并搅拌均匀，获得混合物A；
②将步骤①获得的混合物A投入到不锈钢高压反应釜中，抽真空后填入氮气，升压至3.5MPa-3.8MPa，加热至55℃-60℃，以120rpm/min-150rpm/min的搅拌速率持续搅拌，获得待反应池；
③将阶段1)步骤①准备的乙烯持续缓慢通入步骤②获得的待反应池中，待全部通入后继续保温、保压5min-8min，然后卸压至2.4MPa-2.5MPa，炉冷至室温后完全卸压出炉，获得组份A；
3)气体悬浮聚合
①准备足量去离子水，将阶段1)步骤①准备的古尔胶、剩余的偶氮二异丁腈引发剂与去离子水搅拌均匀后获得反应介质；
②将步骤①获得的反应介质投入到不锈钢高压反应釜中，抽真空后填入氮气，升压至3.5MPa-3.8MPa，加热至55℃-60℃，以120rpm/min-150rpm/min的搅拌速率持续搅拌，获得待用溶液；
③将阶段1)步骤①准备的偏二氟乙烯、三氟乙烯持续缓慢均匀地通入待用溶液中，至通入完毕后继续保温、保压5min-8min，然后卸压至2.4MPa-2.5MPa，炉冷至室温后完全卸压出炉，蒸除水份，获得组份B；
4)散热材料成型
①将阶段2)步骤③获得的组份A机械切割成粒径1mm-2mm的颗粒，获得颗粒A；
②将阶段3)步骤③获得的组份B放入阶段1)步骤②准备的圆柱形玻璃加热容器中，加热至完全熔化，获得熔池B；
③将步骤①获得的颗粒A投入步骤②的熔池B中，充分搅拌均匀后，停止加热，并开启圆柱形玻璃加热容器底部的喷气孔，以3MPa-4MPa的压力持续喷出氮气，直至熔池完全冷却，获得粗制散热材料块；
④将步骤③获得的粗制散热材料块机械加工成底部与CPU上表面相适应，顶部与散热风扇相适应的形状，获得预制复合散热材料；
⑤将步骤④获得的预制复合散热材料加热至120℃-130℃，然后采用足量乙醇漂洗加热后的散热材料表面，蒸离附着的乙醇，获得所需复合散热材料。
一种用于CPU散热的蜂窝状固液复合散热材料，该散热材料由两部分组成：基体部分是按重量份计内部有蜂窝状多路通孔的P(VDF-TrFE)共聚物55份-80份，填料部分为固化在基体部分内部的包括聚甲基丙烯酸甲酯15份-20份、乙烯-醋酸乙烯25份-35份和石墨粉15份-25份三种组份的共混物。
与现有技术相比较，本发明具有以下优点：(1)本发明采用了完全不同于现有技术的材料架构，由有一定压电性能的耐高温聚合物P(VDF-TrFE)共聚物作为基体，其内填充有部分提升整体传热性能的石墨粉、软化点80℃左右的部分聚甲基丙烯酸甲酯和较大量熔点在60℃左右的乙烯-醋酸乙烯(EVA)，因此明显本发明除了利用了常规的接触传热和热对流外，还有固体液化时吸热、固体液化后对流传热以及压电材料[P(VDF-TrFE)具有较好的压电性能]带来的部分热转电功能(因此本发明还可以在散热块两侧添置导线，与机箱设计结合，用于装饰性发光二极管的供电)，当然，本发明仅论及接触传热性能的话是明显低于铝制散热片的。(2)本发明除了少量石墨粉外，其它都有透明的有机聚合物，因此本发明是透光的，可以通过热辐射分散部分热量。(3)本发明通过最后的120℃-130℃热处理，一方面消除了本发明快冷时获得的内应力，使本发明结构更稳定，另一方面通过使部分填料液化去除了开口在基体P(VDF-TrFE)外面的低熔点物质(聚甲基丙烯酸甲酯、EVA)及易脱落物质石墨粉，最后，还通过这样的方式获得了复杂的气道表面的粗糙结构，极大地增加了本发明的比表面积。(4)本发明由于是沿60°斜角喷出的气体在粘稠液体中向上自然逸散形成的复杂回旋通路，因此本发明的所有疏孔大多数都是通孔且密布在整体散热块内，这为风冷的效率带来了极大的便利。(5)本发明可以通过采用明火融化底部获得不可燃的液化后具有极高粘度的P(VDF-TrFE)流体(只需稍稍加热即可获得)，然后可以自粘在CPU表面，中间无需设置额外的胶合剂，因此，传热效率更高、使用寿命更长、可靠性更好。因此，本发明具有无需胶粘剂、比表面积大、散热快、多种散热方式并存、耐侯、抗氧化、抗干裂的特性。
具体实施方式
实施例1：
①预准备：准备偏二氟乙烯480g、三氟乙烯320g、甲基丙烯酸甲酯270g、醋酸乙烯160g、乙烯280g、偶氮二异丁腈引发剂2g、石墨粉220g、古尔胶1.4g；准备底部按1mm-1.5mm网格间隙均匀密排设置着孔径0.3mm-0.5mm、喷出角度与底面呈60°、喷出角度沿气孔所在圆周的切向方向顺时针分布的通气孔的圆柱形玻璃加热容器；
②将偶氮二异丁腈引发剂0.6g与全部甲基丙烯酸甲酯、醋酸乙烯、石墨粉混合并搅拌均匀，获得混合物A，再将混合物A投入到不锈钢高压反应釜中，抽真空后填入氮气，升压至3.6MPa，加热至55℃-60℃，以130rpm/min的搅拌速率持续搅拌，获得待反应池；
③在待反应池中持续缓慢通入乙烯，待全部通入后继续保温、保压5min-8min，然后卸压至2.4MPa-2.5MPa，炉冷至室温后完全卸压出炉，获得组份A；
④准备足量去离子水，将阶段1)步骤①准备的古尔胶、剩余的偶氮二异丁腈引发剂与去离子水搅拌均匀后投入到不锈钢高压反应釜中，抽真空后填入氮气，升压至3.5MPa-3.8MPa，加热至55℃-60℃，以120rpm/min-150rpm/min的搅拌速率持续搅拌，获得待用溶液；
⑤将偏二氟乙烯、三氟乙烯持续缓慢均匀地通入待用溶液中，至通入完毕后继续保温、保压5min-8min，然后卸压至2.4MPa-2.5MPa，炉冷至室温后完全卸压出炉，蒸除水份，获得组份B；
⑥将组份A机械切割成粒径1mm-2mm的颗粒，获得颗粒A；将组份B放入圆柱形玻璃加热容器中，加热至完全熔化，获得熔池B；将颗粒A投入熔池B中，充分搅拌均匀后，停止加热，并开启圆柱形玻璃加热容器底部的喷气孔，以3MPa-4MPa的压力持续喷出氮气，直至熔池完全冷却，获得粗制散热材料块；
⑦将粗制散热材料块机械加工成底部与CPU上表面相适应，顶部与散热风扇相适应的形状，再将加工好的散热块加热至120℃-130℃，然后采用足量乙醇漂洗加热后的散热材料表面，蒸离附着的乙醇，获得所需复合散热材料。
本实施例具有多重散热机理，成本低、噪音小，且有50℃-60℃，80℃-90℃两道固液转换温控防线，可靠性好，下同。
实施例2：
整体与实施例1一致，差异之处在于：
①预准备：准备偏二氟乙烯500g、三氟乙烯300g、甲基丙烯酸甲酯250g、醋酸乙烯150g、乙烯250g、偶氮二异丁腈引发剂1.5g、石墨粉200g、古尔胶1g；准备底部按1mm-1.5mm网格间隙均匀密排设置着孔径0.3mm-0.5mm、喷出角度与底面呈60°、喷出角度沿气孔所在圆周的切向方向顺时针分布的通气孔的圆柱形玻璃加热容器；
②将偶氮二异丁腈引发剂0.5g与全部甲基丙烯酸甲酯、醋酸乙烯、石墨粉混合并搅拌均匀，获得混合物A，再将混合物A投入到不锈钢高压反应釜中，抽真空后填入氮气，升压至3.5MPa，加热至55℃-60℃，以120rpm/min的搅拌速率持续搅拌，获得待反应池；
实施例3：
整体与实施例1一致，差异之处在于：
①预准备：准备偏二氟乙烯400g、三氟乙烯400g、甲基丙烯酸甲酯300g、醋酸乙烯180g、乙烯300g、偶氮二异丁腈引发剂2.5g、石墨粉250g、古尔胶2g；准备底部按1mm-1.5mm网格间隙均匀密排设置着孔径0.3mm-0.5mm、喷出角度与底面呈60°、喷出角度沿气孔所在圆周的切向方向顺时针分布的通气孔的圆柱形玻璃加热容器；
②将偶氮二异丁腈引发剂0.7g与全部甲基丙烯酸甲酯、醋酸乙烯、石墨粉混合并搅拌均匀，获得混合物A，再将混合物A投入到不锈钢高压反应釜中，抽真空后填入氮气，升压至3.8MPa，加热至55℃-60℃，以150rpm/min的搅拌速率持续搅拌，获得待反应池；
对所公开的实施例的上述说明，仅为了使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (2)

1.一种用于CPU散热的蜂窝状固液复合散热材料的制造方法，其特征在于包括以下步骤：
1)原料准备
①原材料准备：按重量份准备偏二氟乙烯40份-50份、三氟乙烯30份-40份、甲基丙烯酸甲酯25份-30份、醋酸乙烯15份-18份、乙烯25份-30份、偶氮二异丁腈引发剂0.15份-0.25份、石墨粉20份-25份、古尔胶0.1份-0.2份；
②工装准备：准备底部按1mm-1.5mm网格间隙均匀密排设置着孔径0.3mm-0.5mm、喷出角度与底面呈60°、喷出角度沿气孔所在圆周的切向方向顺时针分布的通气孔的圆柱形玻璃加热容器；
2)液体本体聚合反应
①将阶段1)步骤①准备的偶氮二异丁腈引发剂0.05份-0.07份与全部甲基丙烯酸甲酯、醋酸乙烯、石墨粉混合并搅拌均匀，获得混合物A；
②将步骤①获得的混合物A投入到不锈钢高压反应釜中，抽真空后填入氮气，升压至3.5MPa-3.8MPa，加热至55℃-60℃，以120rpm/min-150rpm/min的搅拌速率持续搅拌，获得待反应池；
③将阶段1)步骤①准备的乙烯持续缓慢通入步骤②获得的待反应池中，待全部通入后继续保温、保压5min-8min，然后卸压至2.4MPa-2.5MPa，炉冷至室温后完全卸压出炉，获得组份A；
3)气体悬浮聚合
①准备足量去离子水，将阶段1)步骤①准备的古尔胶、剩余的偶氮二异丁腈引发剂与去离子水搅拌均匀后获得反应介质；
②将步骤①获得的反应介质投入到不锈钢高压反应釜中，抽真空后填入氮气，升压至3.5MPa-3.8MPa，加热至55℃-60℃，以120rpm/min-150rpm/min的搅拌速率持续搅拌，获得待用溶液；
③将阶段1)步骤①准备的偏二氟乙烯、三氟乙烯持续缓慢均匀地通入待用溶液中，至通入完毕后继续保温、保压5min-8min，然后卸压至2.4MPa-2.5MPa，炉冷至室温后完全卸压出炉，蒸除水份，获得组份B；
4)散热材料成型
①将阶段2)步骤③获得的组份A机械切割成粒径1mm-2mm的颗粒，获得颗粒A；
②将阶段3)步骤③获得的组份B放入阶段1)步骤②准备的圆柱形玻璃加热容器中，加热至完全熔化，获得熔池B；
③将步骤①获得的颗粒A投入步骤②的熔池B中，充分搅拌均匀后，停止加热，并开启圆柱形玻璃加热容器底部的喷气孔，以3MPa-4MPa的压力持续喷出氮气，直至熔池完全冷却，获得粗制散热材料块；
④将步骤③获得的粗制散热材料块机械加工成底部与CPU上表面相适应，顶部与散热风扇相适应的形状，获得预制复合散热材料；
⑤将步骤④获得的预制复合散热材料加热至120℃-130℃，然后采用足量乙醇漂洗加热后的散热材料表面，蒸离附着的乙醇，获得所需复合散热材料。
2.一种用于CPU散热的蜂窝状固液复合散热材料，其特征在于：该散热材料由两部分组成：基体部分是按重量份计内部有蜂窝状多路通孔的P(VDF-TrFE)共聚物55份-80份，填料部分为固化在基体部分内部的包括聚甲基丙烯酸甲酯15份-20份、乙烯-醋酸乙烯25份-35份和石墨粉15份-25份三种组份的共混物。
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