一种具有高弹性复合膜的柔性热管及制备方法

本发明涉及柔性热管传热传质的，特别涉及一种具有高弹性复合膜的柔性热管及制备方法。

背景技术：

1、柔性热管作为热管经过一个世纪诞生以来衍生出的主流方向之一，其独特的柔性能力使得热管的应用场景更加广阔，例如柔性电子屏幕、vr眼镜与一些外形不规则的高温集成电子物体，相比于传统热管，柔性热管在外壳选材上具有较大难度，相较于传统热管外壳只需要传热、保持真空度的功能要求，柔性热管外壳还需要满足高柔性，且在反复弯折后不出现破损的要求。

2、柔性热管在弯折过程中，外侧受拉伸，内侧受挤压，导致内外侧膜形变量不一致，现有柔性膜材料选择范围小，不同的管壳材质可将柔性热管分为三类，分别是金属柔性热管、聚合物柔性热管以及复合型柔性热管。聚合物薄膜虽然能使热管拥有优越的柔性性能，但其高分子间的渗透问题导致膜的密封性能较差，将使热管内部气压逐渐上升，工质沸点上升直至失效，且聚合物材料热导率低，将使热管传热性能下降。金属薄膜虽能提供高致密性，但碍于金属材料自身特性，由金属应力一应变曲线可知，金属弯折时弹性形变范围小，在多次弯折下将发生断裂，难以支撑柔性热管大角度、小半径的弯曲工作条件。单一材料的薄膜显然无法满足柔性热管外壳要求，虽然聚合物-金属复合膜应用于柔性热管使得柔性热管具有一定综合性能，但现有的复合膜缺乏针对性设计，一般为其他领域的平面复合膜直接用于热管制造，由于其中金属箔弹性不足，导致弯折性能差，强化柔性手段主要为通过对膜上进行结构拓扑，其中工艺复杂，且对膜的损耗较大，良品率低，故急需一种新的柔性热管外壳材料，以此来使其综合性能进一步提升。

3、另外一种柔性热管制造工艺为将热管蒸发段、绝热段和冷凝段采用不同材料制成，虽然能显著提高传热与弯折能力，但很明显，这类方法在加工工艺上难度较大。

4、因此，有必要开发一种高弹性复合膜及柔性热管。

技术实现思路

1、本发明的核心目的是在突破现有柔性热管技术限制的基础上，创制一种具有高弹性复合膜的柔性热管及制备方法，高弹性复合膜作为热管外壳的关键组成部分，以此来解决柔性热管柔性不足、弯折寿命短等问题。

2、为了实现以上目的，本发明的技术方案为：

3、一种具有高弹性复合膜的柔性热管，包括高弹性复合膜外壳、吸液芯和液体工质；外壳围成封闭的腔体，吸液芯和液体工质设于腔体内；其中所述高弹性复合膜包括聚合物基底和设于聚合物基底中的至少一波纹金属层，所述波纹金属层具有沿柔性热管轴向方向延伸的波纹结构。

4、可选的，所述高弹性复合膜的厚度为0.1mm～1mm，所述波纹金属层的厚度为10～100μm，所述波纹金属层的内外两面包覆所述聚合物基底。

5、可选的，所述波纹结构由周期性重复的单元组成，波纹形状为正弦波、三角形、矩形或半圆形，波高为50～500μm。

6、可选的，所述波纹金属层的材料包括cu、al、fe或铝基复合材料，所述铝基复合材料包括tic/a1、tib2/al或tib2/al-li。

7、可选的，所述聚合物基底包括橡胶、pdms、聚乙烯、聚丙烯、聚酰亚胺或聚四氟乙烯。

8、可选的，所述聚合物基底中设有多个波纹金属层，多个波纹金属层之间通过聚合物基底间隔。

9、可选的，所述吸液芯为铜丝网吸液芯、粉末烧结吸液芯、纤维烧结吸液芯、泡沫多孔吸液芯中的一种或多种；所述液体工质为去离子水、无水乙醇、丙酮、制冷剂中的一种或多种；所述腔体内的真空度数值为1×10-3pa～1×10-6pa。

10、可选的，所述具有高弹性复合膜的柔性热管具有上下两片所述高弹性复合膜，上下两片高弹性复合膜通过边缘结合形成封闭的腔体，吸液芯和液体工质设于腔体内，形成吸液芯和液体工质夹设于上下两层高弹性复合膜之间的结构。其中上下两片高弹性复合膜可预先弯曲形成特定的形状，从而结合后形成特定的热管横截面形状。

11、上述的具有高弹性复合膜的柔性热管的制备方法，包括以下步骤：

12、1)对高弹性复合膜进行冷压预塑性；

13、2)取两片冷压过的高弹性复合膜包夹吸液芯，通过密封工艺使上下高弹性复合膜的边缘结合进行密封，留下一入液口，通过入液口充入液体工质，在真空环境下或抽真空后密封入液口，使吸液芯和液体工质位于高弹性复合膜围成的封闭的腔体内。

14、可选的，所述冷压预塑形为使高弹性复合膜形成非平面的形状，从而两片冷压过的高弹性复合膜结合后形成特定的横截面形状，例如形成横截面形状为圆形、方形或其他不规则图形。

15、可选的，所述密封工艺包括焊接、热压或胶粘。

16、在作为柔性热管外壳的应用场景中，高弹性复合膜能够适应大范围的弯曲变形：受外力作用弯折时，金属波纹结构受轴向拉力作用，随外部膜共同弹性伸长，弯折中心处伸长程度达到最高，向两侧逐渐减小，在保持薄膜完整性和功能稳定性的同时，有效地与聚合层的伸缩性能相协调。内外两层聚合物由于其自身良好柔性，能跟随波纹结构变形，通过波纹结构、聚合物层吸收或释放复合膜的弯曲应力，降低了弯曲过程中的膜损耗，提高了复合膜的弯曲极限与寿命。且由于波纹结构采用金属材料，使复合膜在拥有高柔性的同时确保气密性，能保持柔性热管内部真空度，获得持续性的传热性能。

17、其中，聚合物基底提供高柔性扩大热管弯折范围，并支撑保护内部金属层防止其破损，金属层实现气体阻隔，保持热管内部低真空度、工质低沸点，并进行高效传热，其波纹结构在弯折时补偿金属层伸长量，让金属层能良好的跟随聚合物层进行高弯折角度弯曲的同时不出现破损。

18、可选的，所述聚合物基底材料能通过一定加工工艺与膜内波纹结构紧密结合，结合组成的复合膜能实现反复多次的大角度、小半径的弯折。

19、更进一步的，所述焊接工艺为精密微焊接、扩散焊接、真空或惰性气体环境下的焊接、激光微焊接等工艺中的一种或多种。

20、本发明的有益效果为：

21、1)结合金属波纹结构和聚合物基底材料得到的高弹性复合膜具有优越的柔性和密封性，波纹结构应用于金属薄膜上能明显增加其柔性，配合材料自身具有一定柔性的聚合物，二者所构成的复合膜柔性进一步增强，在大角度、小半径的弯折条件下，能进行大次数弯折并不出现破损，使得热管能够适应复杂或不规则的空间设计，如在曲面或角落处的热管理应用，是柔性外壳材料的优选；

22、2)波纹结构增强了外壳的机械稳定性，在弯折时金属波纹管能自动进行补偿，并在弯折过程中跟随聚合物薄膜同步形变，整个弯折过程二者共同承担弯曲应力，即使在反复弯折后也能保持其结构完整性和密封性，相比于单一聚合物膜，复合膜由于其内部金属层拥有高密封性，不会出现漏气问题，作为柔性热管外壳时，能始终保持热管内部低真空度，提高热管传热寿命，提高了热管的整体耐用性和可靠性；

23、3)复合膜中的金属层提供高效的热传导路径，有助于快速和均匀地分散热量，对于高性能热管理系统尤为重要，也更能满足日益上升的散热需求；

24、4)由于出色的柔性、热传导性和耐久性，本发明的柔性热管适用于多种应用领域，包括但不限于电子产品散热、航天器和卫星的温控系统、可穿戴设备以及其他需要高效热管理的场合，高弹性复合膜适用范围非常可观。