[发明专利]表面绝缘包覆的碳纤维及其制备方法、导热垫片及其制备方法

说明书

本发明公开了一种通过绝缘处理的碳纤维，包含碳纤维基材和在碳纤维基材表面形成的绝缘涂层。本发明所述的碳纤维具有良好的绝缘性能，可以有效避免碳纤维在电子元件应用中存在的不良影响。本发明还公开了一种绝缘包覆的碳纤维的制备方法以及包含该碳纤维的导热垫片及其制备方法。本发明所述的导热垫片在制作过程中通过对具有绝缘效果的碳纤维进行定向植绒，因此具有各向异性、高导热率和绝缘性好等效果。

技术领域

本发明涉及粉体材料表面处理和导热界面材料制备技术领域，具体涉及一种通过绝缘处理的碳纤维及其方法以及包含该碳纤维的导热垫片。

背景技术

碳纤维(Carbon fiber，简称CF)是由有机纤维在惰性气体保护下经过高温(1000～3000℃)分解与碳化方式形成的含碳量在90％以上的一种新型高分子材料。其强度比钢铁高，密度比铝小，具有轻质、高强度、高弹性模量、耐高低温、耐腐蚀、耐疲劳等优异特性，在航空航天、汽车、能源、体育休闲等领域具有较高的应用价值，被称为21世纪的黑色黄金。

随着现代科学技术的快速发展，碳纤维在制备技术及应用领域方面取得了长足的发展。特别是在增强复合材料性能方面取得了突破性的进展，由于具有密度小，力学性能优异，热膨胀系数小，导热导电好，各向异性，耐高温，耐疲劳等优良的性能，碳纤维目前已经被广泛应用于航空航天，国防军工和民用工业等高科技领域。同时，因为碳纤维使用条件越来越苛刻，碳纤维表面涂层包覆成了一个亟待解决的难题。当前，碳纤维表面涂层包覆的方法有很多，主要包括化学气相沉积、物理气相沉积、电聚合、聚合物涂敷。这几种方法虽然可以在碳纤维表面形成一层包覆层，但对实验条件，设备，人员操作各方面要求较高，而且存在处理不完全、不彻底等潜在风险。

电子元器件，电气设备现在越来越朝着小型化，集成化等方向发展，它们在工作时就会不可避免产生大量的热量，这些热量如果不能及时传递到冷却端散发出去，就会导致设备出现故障，降低设备使用寿命。热界面材料具有良好的热导率，目前已被广泛应用电子领域，其中导热垫片应用范围最广泛。传统导热垫通常是由具有高导热的填料与硅胶复合而成，填料的比例越高，复合材料的导热性能越好，但当填料的比例超过一个临界值时，复合材料的物理性能，力学性能就会大幅度降低，严重影响其使用范围。碳纤维具有超高的轴向热导率，在硅胶基体里定向排列后，添充较小的含量就能够极大提升复合材料的热导率，而且可以使得导热垫具有各项异性的热传导效果。在制备过程中，当碳纤维完全处在硅胶垫里面，热导率效率会大打折扣，发挥不了碳纤维导热的优势；当碳纤维端面伸出导热垫表面，虽然材料的热导率得到了很大的提升，但表面露出的碳纤维会引起电子元器件短路，进而影响电子设备正常运转。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种表面绝缘包覆的碳纤维，改善碳纤维的绝缘性能，避免碳纤维在电子元件应用中存在的不良影响。

为实现上述目的，本发明采用如下方案：

一种表面绝缘包覆的碳纤维，包含碳纤维基材和在碳纤维基材表面形成的绝缘涂层。

作为进一步的方案，本发明所述的碳纤维基材的热导率为200～1200W/mK，直径为1～35μm，长度为50～500μm。

作为进一步的方案，本发明所述的绝缘涂层采用的绝缘材料为SiO₂或含有双键的聚合物，所述SiO₂或含有双键的聚合物在碳纤维基材上形成均匀包覆在碳纤维基材表面的绝缘涂层。

本发明的另一目的在于提供一种表面绝缘包覆的碳纤维的制备方法，通过该方法解决碳纤维表面绝缘包覆问题，获得一种绝缘性能好的碳纤维材料。

一种表面绝缘包覆的碳纤维的制备方法，包括

碳纤维表面活化步骤：对碳纤维基材表面进行热处理，增强碳纤维基材表面的活性，得到活化的碳纤维；