一种导热电磁屏蔽硅橡胶复合薄膜及其制备方法和应用

本发明涉及电子硅橡胶，具体涉及一种导热电磁屏蔽硅橡胶复合薄膜及其制备方法和应用。

背景技术：

1、随着电子通讯技术的飞速发展，电子元器件的集成化和高功率化导致其发热量急剧增加，直接影响通讯设备的运行稳定性和安全性，因此对通讯设备和电子元器件的导热散热提出了更高的要求。同时，环境中的各种电磁辐射不仅会对通讯设备的正常运行造成干扰，而且还可能会对人体健康带来潜在威胁。

2、然而，现有的电子材料的导热性能和电磁屏蔽性能往往难以兼顾，根本无法满足电子元器件小型化和集成化的应用场景要求。例如：cn 116669412 a公开了一种异质结构导热电磁屏蔽硅橡胶，通过将导热导电电磁屏蔽硅胶填料、乙烯基硅油、含氢硅油、铂催化剂和抑制剂共混均匀后硫化制成导热导电电磁屏蔽硅胶层，再将导热导电电磁屏蔽硅胶层置于由导热绝缘填料、乙烯基硅油、含氢硅油、铂催化剂、抑制剂和溶剂制成的分散液中进行搅拌溶胀、加热固化和减压蒸馏最终得到异质结构导热电磁屏蔽硅橡胶，该导热电磁屏蔽硅橡胶的电磁屏蔽效能达到了63.3db～71.1db，但导热系数仅有2.3w·m-1·k-1，并不适合应用在对导热性能要求较高的场合。

3、因此，开发一种兼具优异的导热性能和优异的电磁屏蔽性能的硅橡胶材料具有十分重要的意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种导热电磁屏蔽硅橡胶复合薄膜及其制备方法和应用。

2、本发明所采取的技术方案是：

3、一种导热电磁屏蔽硅橡胶复合薄膜，其包括依次层叠设置的含碳纤维的硅橡胶层、金属粉末层和含碳纤维的硅橡胶层；所述金属粉末层的组成包括表面负载碳材料的片状金属粉末。

4、优选地，所述碳纤维的长度为50μm～300μm。

5、优选地，所述表面负载碳材料的片状金属粉末中的碳材料为碳纳米管粉末、石墨粉末、石墨烯粉末中的至少一种，碳材料的粒径为1nm～5μm。

6、优选地，所述表面负载碳材料的片状金属粉末中的片状金属粉末为片状铜粉、片状镍粉、片状银粉中的至少一种，片状金属粉末的片径为1μm～30μm。

7、优选地，所述表面负载碳材料的片状金属粉末中的碳材料的质量百分含量为3％～15％。

8、优选地，所述表面负载碳材料的片状金属粉末是由包括以下步骤的制备方法制成：将片状金属粉末、碳材料、巯基硅烷偶联剂和溶剂混合进行等离子球磨，再进行干燥，即得表面负载碳材料的片状金属粉末。

9、优选地，所述片状金属粉末、碳材料、巯基硅烷偶联剂、溶剂的质量比为10～30:1～5:0.10～1.25:0.1～0.6。

10、优选地，所述巯基硅烷偶联剂为γ-巯丙基三甲氧基硅烷、γ-巯丙基甲基二甲氧基硅烷、3-巯丙基三乙氧基硅烷中的至少一种。

11、优选地，所述溶剂为乙醇、水、异丙醇中的至少一种。

12、优选地，所述等离子球磨在等离子放电频率为6khz～12khz、压力为0.05mpa～0.25mpa、球磨机转速为600rpm～2000rpm的条件下进行，球磨的方式为间歇球磨，每次球磨10min～20min，暂停20min～40min，总球磨工作运行时间为2h～5h。

13、优选地，所述等离子球磨在氧化锆球与物料的质量比为10～100:1、球料的总体积占球磨罐容积的20％～60％的条件下进行。

14、优选地，所述等离子球磨在氩气、氮气或空气中进行。

15、优选地，所述干燥在温度为80℃～120℃的条件下进行，干燥的时间为1h～6h。

16、优选地，所述含碳纤维的硅橡胶层的厚度为50μm～200μm。

17、优选地，所述金属粉末层的厚度为10μm～100μm。

18、优选地，所述导热电磁屏蔽硅橡胶复合薄膜包括以下质量份的组分：

19、乙烯基硅油：100份；

20、含氢硅油：1份～10份；

21、碳纤维：10份～200份；

22、表面负载碳材料的片状金属粉末：5份～80份；

23、铂催化剂：0.1份～0.5份；

24、抑制剂：0.001份～0.02份。

25、优选地，所述乙烯基硅油的粘度为90mpa·s～2000mpa·s。

26、优选地，所述含氢硅油的含氢量为0.1％～1.0％。

27、优选地，所述铂催化剂为甲基乙烯基硅氧烷-铂络合物、氯铂酸的异丙醇溶液、铂-四氢呋喃络合物、乙烯基聚硅氧烷-铂络合物中的至少一种。

28、优选地，所述抑制剂为乙炔基环己醇、3,5-二甲基-1-己炔-3-醇、3,6-二甲基-1-庚炔-3-醇中的至少一种。

29、一种如上所述的导热电磁屏蔽硅橡胶复合薄膜的制备方法包括以下步骤：

30、1)将乙烯基硅油、含氢硅油、碳纤维、铂催化剂和抑制剂混合均匀，再进行脱泡，得到硅橡胶原料混合物；

31、2)将硅橡胶原料混合物压成片状后进行硫化，形成含碳纤维的硅橡胶层；

32、3)将表面负载碳材料的片状金属粉末用溶剂分散，再涂覆在含碳纤维的硅橡胶层的表面后进行干燥，形成金属粉末层；

33、4)将硅橡胶原料混合物涂覆在金属粉末层的表面并压成片状，再进行硫化，即得导热电磁屏蔽硅橡胶复合薄膜。

34、优选地，步骤1)所述脱泡的方式为抽真空脱泡。

35、优选地，所述抽真空脱泡在真空度为133pa～1000pa的条件下进行，抽真空脱泡的时间为10min～30min。

36、优选地，步骤2)所述硫化在温度为100℃～180℃的条件下进行，硫化的时间为2min～60min。

37、优选地，步骤3)所述溶剂为乙醇、水、异丙醇中的至少一种。

38、优选地，步骤3)所述涂覆的方式为喷涂。

39、优选地，步骤4)所述硫化在温度为100℃～180℃的条件下进行，硫化的时间为2min～60min。

40、一种电子设备，其包含上述导热电磁屏蔽硅橡胶复合薄膜。

41、本发明的原理：本发明通过等离子球磨将碳材料负载在片状金属粉末上，等离子体激发产生的高温会使片状金属粉末的表面局部发生熔融，使得碳材料嵌入片状金属粉末的表层，二者之间形成牢固的界面结合，提供了更多的异质界面，改善了复合粉末的导电和导热性能；巯基硅烷偶联剂的巯基与片状金属粉末上的金属之间会形成配位结合，可以将巯基硅烷偶联剂连接在片状金属粉末的表面，在喷涂时有利于增强负载型金属粉末与硅橡胶的界面结合；碳纤维通过压延作用可以在硅橡胶基体内发生面内取向，在薄膜的表层构建完善的面内导热通路，而中间的金属粉末层能够与含碳纤维的硅橡胶层形成垂直方向的导热通路，从而可以构建完整的三维导热通路；复合薄膜的上中下三层均具有良好的导电性能，且电磁波在相邻的两层之间能够发生多重反射损耗，此外，负载碳材料的片状金属粉末能够提供大量的异质界面，增加了界面极化损耗，从而可以实现电磁波的强吸收和反射，最终展现出优异的电磁屏蔽性能。

42、本发明的有益效果是：本发明的导热电磁屏蔽硅橡胶复合薄膜具有导热性能优异、电磁屏蔽性能突出、力学性能好、厚度薄等优点，且其制备工艺简单、生产成本低，在5g通讯、消费电子、动力电池、国防军工等领域具有广阔的应用前景。

43、具体来说：

44、1)本发明的导热电磁屏蔽硅橡胶复合薄膜具有三明治结构，上下表面的含碳纤维的硅橡胶层中的碳纤维可以在复合薄膜内构建完善的面内导热网络，而金属粉末层中的负载碳材料的片状金属粉末能够与上下层的含碳纤维的硅橡胶层中的碳纤维连接形成垂直方向的导热通路，从而在复合薄膜中构建了完善的三维导热通路，可以显著提高复合薄膜的导热性能；

45、2)本发明的导热电磁屏蔽硅橡胶复合薄膜中的三层结构均具有高导电性，可以大量反射电磁波，且电磁波在相邻两层之间会发生多重反射，有利于电磁波的高效吸收，可以显著提复合薄膜的电磁屏蔽性能；

46、3)本发明的导热电磁屏蔽硅橡胶复合薄膜的导热系数和电磁屏蔽效能会随着碳纤维和负载碳材料的片状金属粉末的含量的增加而增大，从而可以满足不同场景的应用需求；

47、4)本发明的导热电磁屏蔽硅橡胶复合薄膜的导热性能好(面内导热系数最高可达17.13w·m-1·k-1)、电磁屏蔽性能优异(电磁屏蔽效能emi se最高可达67.85db)，且在外力作用下电磁屏蔽性能的稳定性良好(180°反复弯折1500次，emi se仍可达66.65db)，可以广泛应用在5g通讯、消费电子、动力电池、国防军工等领域。