CN102816525B - 导热涂料 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种导热涂料，主要是由导热粉体与合成树脂所构成，其中，导热粉体的重量百分比约为导热涂料的4％～25％，其内部包含二氧化硅、二氧化钛、硅酸锆、氮化硼，另可添加三氧化二铝及碳化硅等辅助材，而合成树脂的重量百分比配合导热粉体的重量百分比形成100％，其由一树脂及至少一溶剂充分混合所构成，此树脂依据需求选自环氧树脂、聚酯、丙烯酸树脂及有机硅树脂的其中一种。如此即可形成涂布于电子装置或机械设备的导热涂料，可迅速将废热向外导出外界散逸，以维持电子装置或机械设备的运作温度，或快速地将热量传递至待加热物品。
Description
技术领域
本发明有关一种涂布于发热体表面的导热涂料，特别是指一种可吸收发热体废热向外部快速导出散逸的涂料。
背景技术
现今科技产品日新月异，发展更是一日千里，故能耗问题的产生因而扩大，目前世界各国无不诉求节能减碳来保护地球，然而，电子产品或机械设备于制造时需要顾虑其所产生的功率，亦须避免产品设备于运作过程中形成过多的废热，进而导致产品设备受到损坏，因此，在散热的应用领域中，一般是采用具有较高热传导率的材料设计一散热单元进行废热导出，以维持电子产品与机械设备的运作温度。
一般来说，发热体产品若为LED灯具、马达、空调冷煤排热、计算机主机、CPU芯片、电源盒等机械或电子装置，其于运作过程中皆会产生出废热，如果该废热不能够迅速且有效的排出，使产品于可接受的温度范围内运作，则装置产品将产生效率不佳、能耗提高、寿命减短等不良状况，若废热能够排出降温运作，则前述不良状况将得以改善且更能节省用电，如空调设备的散热良好则可增加EER值，该EER值每提高0.1约可节省4％的用电量。另外，发热体若为热水器、加热锅、电焊枪、电汤匙等将电能转换为热能的产品，则迅速地将热量传递至需要加热的物品上，同样地可以节省约用电量。
由于散热单元与外界接触的面积大小是一个影响散热效能的重要因素，故在设计散热单元时皆会寻求面积越大越好，但是一般高热传导率的材料表面呈现平滑状态而非呈现凹凸状态，因此与外界接触的面积即受到限制，使得散热效果无法向上提升，且目前产品设备要求轻薄短小，传统散热单元可能会有过大的问题，需要重新设计。
然而，部份过于细短小的产品设备往往是无法额外加装一散热单元，因此，在不变更原先电子产品或机械设备设计的情况下，此时就需要使用一种涂布于电子产品或机械设备表面的散热涂料，进行废热的快速导出，使其散热装置的散热效果能有效获得提升。
发明内容
本发明的主要目的，旨在提供一种涂布于电子装置或机械设备的导热涂料，可迅速将废热向外导出外界散逸，以维持电子装置或机械设备的运作温度，或快速地将热量传递至待加热物品。
本发明的次要目的在于导热涂料可添加色料来配合各种不同色系的产品，增加涂布后的产品美观。
为达到所述目的，本发明导热涂料包含：一导热粉体，包括：一二氧化硅，其重量百分比占上述导热涂料的1％～20％；一二氧化钛，其重量百分比占上述导热涂料的1％～10％；一硅酸锆，其重量百分比占上述导热涂料的1％～20％；以及一氮化硼，其重量百分比占上述导热涂料的1％～10％。以及一合成树脂，上述合成树脂配合上述成分的重量百分比混合成100％。
其中，上述二氧化硅的粒径为10纳米到20微米，上述二氧化钛的粒径为10纳米到20微米，上述硅酸锆的粒径为10纳米到20微米，而上述氮化硼的粒径为10纳米到10微米。
本发明导热涂料可进一步包含一分散剂、一消泡剂以及一防沉降剂，其中，上述分散剂的重量百分比占上述导热涂料的0.5％～5％。又上述防沉降剂的重量百分比占上述导热涂料的0.5％～5％。而上述消泡剂的重量百分比占上述导热涂料的0.5％～5％。此时合成树脂配合上述所有成分的重量百分比混合成100％。
于一可行实施例中，上述分散剂为不饱和聚胺酯与低分子酸性聚酯、高分子聚胺酸与烷胺、高分子聚胺酸与聚胺酰胺、含酸性基团聚合物、具颜料亲和基团的共聚酯、含亲颜料基团的高分子坎端共聚物体、高分子烷基醇胺酰胺、含酸性颜料亲和基团高分子共聚物、丙烯酸共聚物或不饱和聚胺酸的聚酰胺的至少一种所构成，当其为两种以上时，各成分可以以任意重量的比例组成。而上述防沉降剂选自于聚硅氧烷或有机硅。
上述消泡剂可由聚甲基硅氧烷或聚酰胺构成，但此仅用为方便举例，并非加以限制消泡剂的成分。
又，上述合成树脂是由一树脂以及至少一溶剂充分混合所构成。其中，上述树脂选自环氧树脂、聚酯、丙烯酸树脂及有机硅树脂的其中一种；而上述溶剂选自于丁酮、氯仿、二氯甲烷、冰醋酸、苯、甲苯、二甲苯、丙二醇甲醚醋酸酯、醋酸正丁酯和前述任两种以上的混合物所构成。当其为两种以上时，各成分可以以任意重量的比例组成。
本发明于另一较佳实施例中，上述导热粉体包含一二氧化硅，其重量百分比占上述导热涂料的1％～20％；一二氧化钛，其重量百分比占上述导热涂料的1％～10％；一硅酸锆，其重量百分比占上述导热涂料的1％～20％；一氮化硼，其重量百分比占上述导热涂料的1％～10％；一三氧化二铝，其重量百分比占上述导热涂料的1％～5％，以及一碳化硅，其重量百分比占上述导热涂料的1％～10％。此外，上述合成樹脂配合導熱粉体的重量百分比混合成100％
其中，上述三氧化二铝的粒径为10纳米到10微米，而上述碳化硅的粒径为10纳米到25微米，其它如于二氧化硅、二氧化钛、硅酸锆以及一氮化硼的粒径大小与前述较佳实施例相同，在此不加以赘述。
于前述两较佳实施例中，本发明导热涂料可于上述导热粉体与合成树脂充分混合后，再进一步添加一色料，以将导热涂料调成适合各种不同产品的对应色系，增加产品于导热涂料涂布完成的美观性。
由前述说明可知，本发明的优点在于：由于形成了高效热传导涂料，可使热能以传导、对流及辐射三种方式快速传递。本发明将铝、硼、钛、硅、锆等折射率佳、吸收轴向热源能力强、且导热率良好的元素加工制成氧化物、氮化物及碳化物，并将其研磨至10纳米到25微米范围内的粉末颗粒，再以特定比例均匀与合成树脂混合制成。其中：
辐射部分：因其有高的光源折射率与传导率，可将光及热源导入后迅速朝三维空间分散，主要以硅、钛、锆、硼元素采用设定比例和粒径混入，可达到最佳吸收、传递辐射热的效果。
传导部分：由于铝、硼、锆、硅元素的氧化物或氮化物为良好的导体，且控制在适当粒径大小及比例，故氮化硼、硅酸锆、三氧化二铝、碳化硅采用设定比例混入可达最佳传导效果。
抗紫外线与辐射线部分：以钛及硼元素扮演最重要角色，其可屏障紫外线和辐射线的杀伤力，此可达到保护树脂可将主要热源屏蔽在外，或迅速转移到外，可起保护与热传的效果。
对流部分：因导热粉体为纳米大小，使得比表面积加倍，合成材料与空气或其它液体接触的面积同样加大，让导热涂料更容易形成对流作用，帮助产品散热。
附图说明
图1为未经处理的CPU散热器的温度记录图表，
图2为已喷涂本发明散热材料的CPU散热器的温度记录图表。
具体实施方式
为便于更进一步对本发明的构造、使用及其特征有更深一层明确详实的认识与了解，现举出较佳实施例，配合附图详细说明如下：
首先，热能的传递靠的是传导、对流及辐射三种方式达成，本发明将高效率热传散涂料将具有上述传递功能的特殊元素，经加工混合制成热传极佳的导热粉体，并配以适当比例的合成树脂形成一导热涂料。
于第一较佳实施例中，本发明导热涂料包含：一导热粉体，包括：一二氧化硅(SiO2)，其重量百分比占上述导热涂料的1％～20％；一二氧化钛(TiO2)，其重量百分比占上述导热涂料的1％～10％；一硅酸锆(ZrSiO4)，其重量百分比占上述导热涂料的1％～20％；以及一氮化硼(BN)，其重量百分比占上述导热涂料的1％～10％。以及一合成树脂，上述合成树脂配合上述导热粉体的重量百分比混合成100％。
其中，上述二氧化硅的粒径为10纳米(nm)到20微米(um)，上述二氧化钛的粒径为10纳米到20微米(um)，上述硅酸锆的粒径为10纳米(nm)到20微米(um)，而上述氮化硼的粒径为10纳米(nm)到10微米(um)。
由于本发明粉体大小介于纳米与微米之间，粉体之间往往会有团聚效应发生，因此，为了防止粉体之间发生团聚效应，本发明导热涂料可进一步添加一分散剂，上述分散剂的重量百分比占上述导热涂料的0.5％～5％。
另为了防止粉体加工时会容易产生气泡，本发明导热涂料可进一步添加一消泡剂，上述消泡剂的重量百分比占上述导热涂料的05％～5％。
此外，由于粉体比重较大的关系，粉体往往会快速沉降到合成树脂底部，使用时还需要进行搅拌，且亦会造成粉体分散不均的问题，故本发明导热涂料另可进一步添加一防沉降剂，上述防沉降剂的重量百分比占上述导热涂料的0.5％～5％，以防止前述问题。
于一可行实施例中，上述分散剂选自于不饱和聚胺酯与低分子酸性聚酯、高分子聚胺酸与烷胺、高分子聚胺酸与聚胺酰胺、含酸性基团聚合物、具颜料亲和基团的共聚酯、含亲颜料基团的高分子坎端共聚物体、高分子烷基醇胺酰胺、含酸性颜料亲和基团高分子共聚物、丙烯酸共聚物或不饱和聚胺酸的聚酰胺的至少一种所组成。而上述防沉降剂选自于聚硅氧烷或有机硅。
又上述合成树脂是由一树脂以及至少一溶剂充分混合所构成，其主要作用在于协助上述导热粉体附着于待散热物体表面，且尚具有耐候、耐腐蚀、自洁性，耐高温以及附着力强等功效，协助上述导热粉体发挥最大的功效。
其中，本发明树脂可因应待散热产品的条件要求进行选定，于一较佳实施例中，选自环氧树脂、聚酯、丙烯酸树脂及有机硅树脂的其中一种，上述丙烯酸树脂具有自干、烘烤以及耐候性的特点，而上述有机硅树脂具有烘烤以及耐高温的特点。上述溶剂选自于丁酮、氯仿、二氯甲烷、冰醋酸、苯、甲苯、二甲苯、丙二醇甲醚醋酸酯、醋酸正丁酯和前述任两种以上的混合物所构成。
于第二较佳实施例中，本发明导热粉体包含：一二氧化硅(SiO2)，其重量百分比占上述导热涂料的1％～20％；一二氧化钛(TiO2)，其重量百分比占上述导热涂料的1％～10％；一硅酸锆(ZrSiO4)，其重量百分比占上述导热涂料的1％～20％；以及一氮化硼(BN)，其重量百分比占上述导热涂料的1％～10％；一三氧化二铝(Al2O3)，其重量百分比占上述导热涂料的1％～5％，以及一碳化硅(SiC)，其重量百分比占上述导热涂料的1％～10％。而上述合成树脂配合上述导热粉体的重量百分比混合成100％。
其中，上述三氧化二铝的粒径为10纳米(nm)到10微米(um)，而上述碳化硅的粒径为10纳米(nm)到25微米(um)，其它如于二氧化硅、二氧化钛、硅酸锆以及一氮化硼的粒径大小与前述较佳实施例相同，再此不加以赘述。
于前述两较佳实施例中，本发明导热涂料可于上述导热粉体与合成树脂充分混合后，再进一步添加一色料，以将导热涂料调成适合各种不同产品的对应色系，增加产品于导热涂料涂布完成的美观性。
本发明可由以下几种方式与电子产品或机械设备结合达到最佳的热传效果。
1.将静电粉体涂布+烘烤。
2.液态喷涂+烘烤。
3.液态喷涂自干型。
4.喷罐型。
5.耐热树脂烘烤，可耐高温。
本发明实际测试于计算机CPU散热器的测试报告及测试数据如下：
一、测试目的：
将本发明导热涂料喷涂于计算机CPU散热器，确认CPU散热器是否能达到较佳的散热降温效果，进而保持CPU的运作温度，让计算机整体处理性能稳定。
二、测试设备及条件：
计算机主机一台，监测用笔记形计算机一台、多点温度测试记录仪一台、厚度计。
三、测试对象与测试位置：
测试对象：计算机CPU散热器两个，该散热器带一个风扇。
测试点：散热器与CPU接触面(T1)、CPU散热鳍片(T2)、CPU散热器周边(T3)、环境温度(T4)。
四、测试项目：
将课测试探头案预定测试点固定于CPU散热器上，再把CPU散热器正常安装于CPU上，一切确认无误后盖上主机外壳，开始测试。以下测试均按照相同步骤执行。先行测试一组未进行散热处理的原始测试点温度，以供比较；再对CPU散热器喷涂本发明导热涂料，喷膜厚度为20um～25um，最后对已处理的CPU散热器进行相同条件测试，记录各测试点的温度进行比较。以下测试数据皆在CPU风扇有运行的状态下取得。
五、测试结果：
参照图1，为未处理的CPU散热器的温度记录图表，图1中数据见表1：
表1
| 标记 | 测试点 | 温度最大值(MAX) | 温度最小值(MIN) | 温度平均值(AVG) |
| T1 | 散热器与CPU接触面 | 39.7℃ | 33.5℃ | 36.3℃ |
| T2 | CPU散热鳍片 | 38.8℃ | 33.0℃ | 35.3℃ |
| T3 | CPU散热器周边 | 37.6℃ | 32.4℃ | 34.5℃ |
| T4 | 环境温度 | 27.6℃ | 26.7℃ | 27.0℃ |
参照图2，为已喷涂散热材料的CPU散热器的温度记录图表，图2中数据见表2：
表2
| 标记 | 测试点 | 温度最大值(MAX) | 温度最小值(MIN) | 温度平均值(AVG) |
| T1 | 散热器与CPU接触面 | 34.7℃ | 31.3℃ | 33.4℃ |
| T2 | CPU散热鳍片 | 32.6℃ | 29.9℃ | 32.1℃ |
| T3 | CPU散热器周边 | 33.3℃ | 30.6℃ | 32.5℃ |
| T4 | 环境温度 | 28.5℃ | 27.6℃ | 28.0℃ |
六、温度比较：
| 说明 | 未处理 | 已处理 | 将温差值 | 降温效率 |
| T1 | 39.7 | 34.7 | 5.0 | 12.5％ |
| T2 | 38.8 | 32.6 | 6.2 | 15.9％ |
| T3 | 37.6 | 33.3 | 4.3 | 11.4％ |
| T4 | 27.6 | 28.5 | -0.9(环温升0.9) | X |
(注：以下温度为℃，T1：散热器与CPU接触面，T2：CPU散热鳍片，T3：CPU散热器周边，T4：环境温度)
七、结论：
经试验比较，喷涂本发明导热涂料的计算机CPU散热器具有较佳的降温效果，特测试点均有降温，在有风扇运作工作时的散热器与CPU接触面T1，降温效率达12.5％；CPU散热鳍片T2，降温效率达15.9％；CPU散热器周边T3，降温效率达11.4％。
由上述所列，并经实验与应用验证，本发明导热涂料具有以下优点：
1.导热率高：将需要散热产品的外表涂布本发明导热涂料，可达到4％～45％的散热效果；另透过本发明导热涂料可迅速将热能送到需加热的物品，增加加热效能来达到省电目的。
2.适用性高：配合不同树脂，具有耐高温、耐腐蚀、耐天候以及自洁性，并能够多样色彩变化等功能，可保障产品的使用寿命及使用效能，另可因应各种不同需求制成自干、烤干、喷罐、液体喷涂、粉末喷涂的形式。
综上所述，本发明导热涂料透过导热粉体由二氧化硅、二氧化钛、硅酸锆以及氮化硼构成，并可添加辅助材料三氧化二铝以及碳化硅，配合适当比例的合成树脂，以形成高效热传导涂料，使热能以传导、对流及辐射三种方式快速传递；此外，导热涂料另可添加设定颜色的色料来配合各种不同色系的产品，增加涂布后的产品美观。
以上所举实施例仅用为方便说明本发明并非加以限制，在不离本发明精神范畴，熟悉本行业技术人员所可作的各种简易变形与修饰，均仍应含括于本发明专利保护的范围内。
Claims (10)
1.一种导热涂料，其特征在于，包含：
一导热粉体，包括：一二氧化硅，其重量百分比占上述导热涂料的1％～20％；一二氧化钛，其重量百分比占上述导热涂料的1％～10％；一硅酸锆，其重量百分比占上述导热涂料的1％～20％；一氮化硼，其重量百分比占上述导热涂料的1％～10％；一三氧化二铝，其重量百分比占上述导热涂料的1％～5％；以及一碳化硅，其重量百分比占上述导热涂料的1％～10％；以及
一合成树脂，上述合成树脂配合上述成分的重量百分比混合成100％。
2.根据权利要求1所述的导热涂料，其特征在于：所述导热涂料进一步包含一分散剂，上述分散剂的重量百分比占上述导热涂料的0.5％～5％。
3.根据权利要求1所述的导热涂料，其特征在于：所述导热涂料进一步包含一消泡剂，上述消泡剂的重量百分比占上述导热涂料的0.5％～5％。
4.根据权利要求1所述的导热涂料，其特征在于：所述导热涂料更包含一防沉降剂，上述防沉降剂的重量百分比占上述导热涂料的0.5％～5％。
5.根据权利要求4所述的导热涂料，其特征在于：所述防沉降剂选自于聚硅氧烷和有机硅所组成。
6.根据权利要求1所述的导热涂料，其特征在于：所述二氧化硅的粒径为10纳米到20微米，上述二氧化钛的粒径为10纳米到20微米，上述硅酸锆的粒径为10纳米到20微米，而上述氮化硼的粒径为10纳米到10微米。
7.根据权利要求1所述的导热涂料，其特征在于：所述合成树脂是由一树脂以及至少一溶剂充分混合所构成。
8.根据权利要求7所述的导热涂料，其特征在于：所述树脂选自环氧树脂、聚酯、丙烯酸树脂及有机硅树脂的其中一种。
9.根据权利要求1所述的导热涂料，其特征在于：所述三氧化二铝的粒径为10纳米到10微米，碳化硅的粒径为10纳米到25微米。
10.根据权利要求1所述的导热涂料，其特征在于：所述导热涂料于上述导热粉体与合成树脂充分混合后进一步添加一色料。
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