石墨膜的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本發(fā)明涉及用作電子設(shè)備、精密設(shè)備等的散熱膜及散熱器材料的石墨膜的制造方法，特別涉及平滑的長條狀石墨膜的制造方法。
【背景技術(shù)】
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[0002]隨著電子工業(yè)的不斷發(fā)展，手機、電腦、液晶電視、以及各種集成電路板中的發(fā)熱部件對散熱的要求越來越高，因此石墨膜作為一種導熱率高且呈薄膜狀的導熱材料在電子工業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用，它可以有效地將電子部件所產(chǎn)生的熱量向散熱器等放熱體傳遞，從而將電子部件的熱量迅速擴散以降低發(fā)熱的電子部件的溫度。:現(xiàn)有石墨膜的制造方法是將單張的高分子膜夾于柔性石墨紙中進行熱處理而得到，但這樣石墨膜大小有限，生產(chǎn)效率低，而且在后續(xù)應(yīng)用中受到限制，因此如何高效地生產(chǎn)出連續(xù)的石墨膜卷材成了當下熱門的課題。要想得到連續(xù)的石墨膜卷材，高分子膜如PI膜需與輔料柔性石墨紙進行卷繞操作。這種卷材在燒結(jié)過程中，高分子膜會發(fā)生三種尺寸變化，第一為碳化過程中的平面尺寸收縮，第二為碳化過程中厚度方向的尺寸收縮，第三為石墨化過程中發(fā)生厚度方向的膨脹；第一種和第二種尺寸變化必須在有壓力約束的狀態(tài)下進行，否則高分子膜碳化后會出現(xiàn)自由翹曲，導致石墨化后表面質(zhì)量不達標，無法進行壓延等后道工序處理；第三種尺寸變化會導致輔料柔性石墨紙在剛性約束下受到巨大張力而斷裂，因此無法重復利用，導致生產(chǎn)效率大幅降低，無法實現(xiàn)石墨膜卷材的規(guī)模量產(chǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種全新的石墨膜的制造方法，它所采用的技術(shù)方案是:一種石墨膜的制造方法，它包括如下步驟:一種石墨膜的制造方法，包括如下步驟:I)、卷繞工序；2)、低溫碳化；3)、高溫石墨化；4)、開卷收料，將人工石墨膜半成品和柔性石墨紙分別收卷；5)、壓延處理，將人工石墨膜半成品壓附在離型膜或保護膜上；6)、收卷包裝；其中所述卷繞工序包括如下步驟:a.在石墨筒芯纏繞耐高溫彈性材料；b.將高分子膜和柔性石墨紙貼合，并在步驟a的基礎(chǔ)上接著纏繞在石墨筒芯上；c.當步驟b纏繞的高分子膜和柔性石墨紙達到既定的厚度后，用碳繩緊固。
[0004]本發(fā)明更進一步的特征是:
[0005]所述步驟c中，當步驟b纏繞的高分子膜和柔性石墨紙達到既定的厚度后，用石墨板裹住，再用碳繩緊固。
[0006]所述步驟c中，當步驟b纏繞的高分子膜和柔性石墨紙達到既定的厚度后，再纏繞既定厚度的耐高溫彈性材料，然后用石墨板裹住，再用碳繩緊固。
[0007]所述步驟b中，在纏繞的高分子膜和柔性石墨紙的過程中中斷，纏繞既定厚度的耐高溫彈性材料，再接著纏繞高分子膜和柔性石墨紙。
[0008]所述耐高溫彈性材料為碳氈或石墨氈或陶瓷布氈。
[0009]所述高分子膜為PI膜或PA膜或PBI膜。
[0010]本發(fā)明的有益效果是:由于在卷繞工序最后用碳繩緊固，因此在碳化工序中可以對高分子膜和柔性石墨紙施加一定壓力，使高分子膜碳化后不會出現(xiàn)自由翹曲；同時由于在卷繞工序中加入耐高溫彈性材料層，因此在石墨化工序中可以為柔性石墨紙施加柔性約束，使石墨紙不會受到巨大張力而斷裂，因此石墨紙可以得到重復利用。而且這種制造方法不僅可以生產(chǎn)出高質(zhì)量的連續(xù)的石墨膜卷材，而且生產(chǎn)效率高，可以實現(xiàn)規(guī)模量產(chǎn)。
【具體實施方式】
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[0011]下面具體實施例對本發(fā)明做更進一步地說明。
[0012]實施例一
[0013]本實施例中，高分子膜采用PI膜，耐高溫彈性材料采用碳氈。
[0014]一種石墨膜的制造方法，它包括如下步驟:一種石墨膜的制造方法，包括如下步驟:1)、卷繞工序:a.在石墨筒芯上纏繞碳氈；b.將PI膜和柔性石墨紙貼合，并在步驟a的基礎(chǔ)上接著纏繞在石墨筒芯上；c.當步驟b纏繞的PI膜和柔性石墨紙達到既定的厚度后，用碳繩緊固；2)、低溫碳化；3)、高溫石墨化；4)、開卷收料，將人工石墨膜半成品和柔性石墨紙分別收卷；5)、壓延處理，將人工石墨膜半成品壓附在離型膜或保護膜等保護材料上；6)、收卷包裝。
[0015]在本實施例中，碳繩張力根據(jù)卷材直徑，碳氈的厚度，柔性石墨紙厚度，PI膜厚度等參數(shù)進行調(diào)節(jié)，保證PI膜在碳化燒結(jié)過程中始終保持一定的壓力，使得PI膜碳化后連續(xù)平滑，無翹曲等不良，另外，碳氈在PI膜石墨化過程中可以提供一定的膨脹空間，使得柔性石墨紙不會發(fā)生斷裂，可以重復利用，大幅提聞石墨I旲的生廣效率；
[0016]本發(fā)明根據(jù)PI膜繞制圈數(shù)、單層PI膜原始厚度、單層PI膜碳化后厚度來計算耐高溫彈性材料的厚度初始壓縮量，并依此來調(diào)節(jié)碳繩張力。耐高溫彈性材料的厚度初始壓縮量=PI膜繞制圈數(shù)*(單層PI膜厚度-單層PI膜碳化后厚度)，計算實例，繞制圈數(shù)2000圈，單層PI膜厚度50微米，碳化后厚度為35微米，則厚度初始壓縮量為30mm。
[0017]本發(fā)明根據(jù)PI膜繞制圈數(shù)、單層PI石墨化后厚度、單層PI碳化后厚度來計算耐高溫彈性材料的最大厚度壓縮量。耐高溫彈性材料最大厚度壓縮量=PI膜繞制圈數(shù)* (單層PI膜石墨化后厚度-單層PI碳化后厚度)，計算實例，繞制圈數(shù)2000圈，單層PI石墨化后厚度65微米，碳化后厚度為35微米，則耐高溫彈性材料最大厚度壓縮量為60_。
[0018]本發(fā)明根據(jù)耐高溫彈性材料最大厚度壓縮量、單層碳氈厚度最大可壓縮量來計算耐碳氈的繞制圈數(shù)。碳氈繞制圈數(shù)=最大厚度壓縮量/單層碳氈厚度最大可壓縮量，計算實例，最大厚度壓縮量為60_，單層耐高溫彈性材料厚度最大可壓縮量為6_，則繞制圈數(shù)為60mm/6mm=10，應(yīng)繞圈數(shù)為10圈。
[0019]假設(shè)相■禍直徑為500mm,使用碳租作為耐高溫彈性材料,單層碳租厚度為8mm,厚度最大可壓縮量為7mm，石墨筒芯直徑為70mm，PI膜初始厚度為50微米，碳化后厚度38微米，石墨化后厚度為65微米，柔性石墨紙厚度為0.lmm, PI膜繞制圈數(shù)為1250圈，最大厚度壓縮量為(65-38)微米*1250/1000=33.75mm,繞制圈數(shù)為33.75/7=5圈，碳氈初始壓縮(0.05-0.038)*1250=15mm,即每圈碳氈壓縮3mm,則整個卷材最大外徑為1250* (0.1+0.05)mm*2+70mm+5*(8-3)mm*2=495mm。
[0020]由于在卷繞工序最后用碳繩緊固，因此在碳化工序中可以對PI膜和柔性石墨紙施加一定壓力，使PI膜碳化后不會出現(xiàn)自由翹曲；同時由于在卷繞工序中加入碳氈層，因此在石墨化工序中可以為柔性石墨紙施加柔性約束，使石墨紙不會受到巨大張力而斷裂，因此石墨紙可以得到重復利用。而且這種制造方法不僅可以生產(chǎn)出高質(zhì)量的連續(xù)的石墨膜卷材，而且生產(chǎn)效率高，可以實現(xiàn)規(guī)模量產(chǎn)。
[0021]實施例二:
[0022]其他步驟同實施例1，只是在所述步驟c中，當步驟b纏繞的PI膜和柔性石墨紙達到既定的厚度后，用石墨板裹住，再用碳繩緊固。由于采用石墨板裹住后再用碳繩緊固，因此碳繩的緊固力可以更均勻地作用在內(nèi)部卷材上。碳氈初始壓縮量以及碳氈繞制圈數(shù)的算法同實施例一一致。
[0023]實施例三:
[0024]其他步驟同實施例1，只是在所述步驟c中，當步驟b纏繞的PI膜和柔性石墨紙達到既定的厚度后，再纏繞既定厚度的碳氈，然后用石墨板裹住，再用碳繩緊固。由于內(nèi)外均卷繞有碳氈，并在最后用石墨板裹住后再用碳繩緊固，因此碳繩的緊固力可以更均勻地作用在內(nèi)部卷材上。碳氈初始壓縮量以及碳氈繞制圈數(shù)的算法同實施例一一致。
[0025]實施例四:
[0026]其他步驟同實施例1，只是在所述步驟b中，在纏繞的PI膜和柔性石墨紙的過程中中斷，纏繞既定厚度的碳氈，再接著纏繞PI膜和柔性石墨紙。碳氈初始壓縮量以及碳氈繞制圈數(shù)的算法同實施例一一致。
[0027]本發(fā)明中低溫碳化是將高分子膜預加熱至至少800°C左右的溫度的工序，是將高分子膜加熱分解而得到碳化膜的工序。高溫石墨化是以1800°C以上的溫度對碳化工序中制成的碳化膜或高分子膜加熱，制成原料石墨膜的工序。
[0028]以上僅是對本發(fā)明的示例性介紹，例如所選高分子膜為PI膜即聚酰亞胺膜，在實際應(yīng)用中，還可以選用PA膜即聚酰胺膜、PBI膜即聚苯并咪唑膜、PBBI膜即聚苯并雙咪唑膜、PPV膜即聚對亞苯基亞乙烯膜等；同樣上述實施例中耐高溫彈性材料采用碳氈，還可以選用石墨氈、陶瓷布氈等。而且耐高溫彈性材料的卷繞并不拘泥于上述卷繞方式，還可以先在石墨筒芯上卷繞一段，接著卷繞高分子膜和柔性石墨紙，再卷繞一段耐高溫彈性材料，接著卷繞高分子膜和柔性石墨紙，最后再卷繞一段耐高溫彈性材料，最后再用碳繩緊固或石墨板加碳繩緊固，目的是為了高分子膜受壓均勻，從而提高生產(chǎn)出的石墨膜的質(zhì)量。因此本發(fā)明的覆蓋范圍不限于上述實施例，相反，本發(fā)明涵蓋所有在字面上或在等效形式的教導下實質(zhì)上落在權(quán)利要求的范圍內(nèi)的所有技術(shù)方案。本發(fā)明的保護范圍以權(quán)利要求書為準。
【主權(quán)項】
1.一種石墨膜的制造方法，包括如下步驟:1)、卷繞工序；2)、低溫碳化；3)、高溫石墨化；4)、開卷收料，將人工石墨膜半成品和柔性石墨紙分別收卷；5)、壓延處理，將人工石墨膜半成品壓附在離型膜或保護膜上；6)、收卷包裝；其特征在于所述卷繞工序包括如下步驟:a.在石墨筒芯纏繞耐高溫彈性材料；b.將高分子膜和柔性石墨紙貼合，并在步驟a的基礎(chǔ)上接著纏繞在石墨筒芯上；c.當步驟b纏繞的高分子膜和柔性石墨紙達到既定的厚度后，用碳繩緊固。
2.如權(quán)利要求1所述的石墨膜的制造方法，其特征在于:所述步驟c中，當步驟b纏繞的高分子膜和柔性石墨紙達到既定的厚度后，用石墨板裹住，再用碳繩緊固。
3.如權(quán)利要求1所述的石墨膜的制造方法，其特征在于:所述步驟c中，當步驟b纏繞的高分子膜和柔性石墨紙達到既定的厚度后，再纏繞既定厚度的耐高溫彈性材料，然后用石墨板裹住，再用碳繩緊固。
4.如權(quán)利要求1所述的石墨膜的制造方法，其特征在于:所述步驟b中，在纏繞的高分子膜和柔性石墨紙的過程中中斷，纏繞既定厚度的耐高溫彈性材料，再接著纏繞高分子膜和柔性石墨紙。
5.如權(quán)利要求1一 4中任一權(quán)利要求所述的石墨膜的制造方法，其特征在于:所述耐高溫彈性材料為碳氈或石墨氈或陶瓷布氈。
6.如權(quán)利要求1一 4中任一權(quán)利要求所述的石墨膜的制造方法，其特征在于:所述高分子膜為PI膜或PA膜或PBI膜。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種石墨膜的制造方法，它包括如下步驟：1）卷繞工序；2）低溫碳化；3）高溫石墨化；4）開卷收料，將人工石墨膜半成品和柔性石墨紙分別收卷；5）壓延處理，將人工石墨膜半成品壓附在離型膜或保護膜上；6）收卷包裝。其中所述卷繞工序包括如下步驟：a.在石墨筒芯纏繞耐耐高溫彈性材料；b.將高分子膜和柔性石墨紙貼合，并在步驟a的基礎(chǔ)上接著纏繞在石墨筒芯上；c.當步驟b纏繞的高分子膜和柔性石墨紙達到既定的厚度后，用碳繩緊固。
【IPC分類】B32B9-04, B32B27-06
【公開號】CN104802467
【申請?zhí)枴緾N201410040011
【發(fā)明人】李平
【申請人】嘉興中易碳素科技有限公司
【公開日】2015年7月29日
【申請日】2014年1月27日