一种定向导热带
技术领域
本发明涉及一种导热材料，尤其涉及一种定向导热带。
背景技术
5G网络传输速率可达10Gbps。终端手机的数据接收量和处理量是4G的10～100倍。海量数据的接收、处理和发射都使射频芯片、基带芯片、CPU和神经网络芯片等各类芯片的运算量急剧增大，导致芯片功耗激增，进而使发热量剧增。
折叠屏是目前电子屏的研发热点，其屏幕合起来形成一定的大小，方便携带，打开则变成了一个尺寸更大的显示设备。比如，目前市场上流行的折叠屏，其折叠起来是一个手机的屏幕，而展开可以形成一个电脑的屏幕。
5G折叠屏手机的主要芯片一般安装在屏幕一侧，这就导致屏幕两侧产生的热量不均匀。热量聚集在芯片集中的一侧，造成芯片集中一侧屏幕过热，严重降低手机寿命。
为了使折叠屏电子设备能够良好地散热。这就要求能够把热量从屏幕的一侧传导至另一侧，以减小热量集中，避免局部过热。除折叠屏手机外，其它柔性显示都存在发热集中而产生的局部过热问题。
这就要求导热构件能够从屏幕一侧吸收热量，传导到屏幕另外一侧散热，使柔性屏整体均热。
在折叠屏手机的屏幕折叠和展开过程中，由于折叠屏的外层和内层弯曲半径不一样，外层受拉而伸长、内层受压而收缩。这就对导热构件提出了较高的要求，也即除要求导热构件有很高的热导率外，还要解决如下四个技术关键，
首先，导热构件要可折叠、可展开，能够随着手机屏幕的折叠和展开而折叠和展开，
其次，要求该导热构件可伸长、可缩短，能够自由伸缩，
第三，要求热量能够定向传输，在高温侧吸热后，定向传导到低温侧散热，且尽量减小沿途热量损失，否则，大部分热量仍然耗散在高温侧。
第四，要求在高温侧能迅速吸热，在低温侧能快速散热。例如华为Mate X手机导热构件采用了仿飞鱼鳍的设计，在折叠状态下，转轴处的石墨件收缩，鱼鳍收回，在展开状态下，石墨展开，从而达到屏幕两侧的热量均衡。但是，可折叠石墨材料结构复杂，成本高，且石墨脆，易磨损碎裂，而可折叠屏导热构件的使用寿命一般要求达到20万次，按每天折叠100次，达到5年的使用寿命，这对导热构件的往复折叠性、伸缩性、定向导热性能提出了极高的要求。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种定向导热带，其中所述定向导热带能够被折叠和定向导热，适于被用以可折叠的电子产品中。
本发明的一个目的在于提供一种定向导热带，其中所述定向导热带具有良好的定向导热性能，适于用作折叠显示屏的导热构件。
为实现本发明以上至少一个目的，本发明提供一种定向导热带，所述带状织物包括一定向导热区、一吸热区和一散热区，其中所述定向导热带被实施为带状织物，其中所述带状织物包括一定向导热区、一吸热区和一散热区，其中所述吸热区和所述散热区分别形成于所述定向导热区的两侧，其中所述定向导热区沿与所述定向导热带延伸的方向的热导率小于10W/(m·K)。
根据本发明一实施例，所述定向导热带为带状编织物，其中所述带状编织物的所述定向导热区的纬线采用热导率小于10W/(m·K)的低导热线，所述吸热区和所述散热区的纬线采用热导率大于70W/(m· K) 的高导热线，其中与所述带状织物延伸方向垂直的方向的线为纬线。
根据本发明一实施例，所述高导热线为金属微细线形成的绞线。
根据本发明一实施例，所述定向导热区的经线采用定向导热线，其中所述定向导热线采用金属微细线形成的绞线。
根据本发明一实施例，所述带状编织物的经线采用定向导热线，其中所述定向导热线包括一芯部导热线和覆盖在所述芯部导热线的中部的至少一膜层，每根所述芯部导热线上覆盖有所述膜层的部分形成一定向导热段，而每根所述定向导热线的所述芯部导热线上未覆盖所述膜层且位于所述定向导热段两侧的部分分别形成一吸热段和一散热段，所述定向导热线上所述定向导热段和所述膜层形成所述定向导热区的经线部分，所述带状编织物上所述定向导热线的所述吸热段定义所述吸热区的经线部分，所述带状编织物上所述定向导热线的所述散热段定义所述散热区的经线部分。
根据本发明一实施例，所述定向导热带为带状针织物。
根据本发明一实施例，所述带状针织物通过定向导热线针织而成，其中所述定向导热线包括一芯部导热线和覆盖在所述芯部导热线的中部的至少一膜层，每根所述芯部导热线上覆盖有所述膜层的部分形成一定向导热段，而每根所述定向导热线的所述芯部导热线上未覆盖所述膜层且位于所述定向导热段两侧的部分分别形成一吸热段和一散热段，所述带状针织物上所有的所述定向导热线上所述定向导热段和所述膜层定义所述定向导热区，所述针织织物上所有所述定向导热线的所述吸热段定义所述吸热区，所述带状针织物上所有所述定向导热线的所述散热段定义所述散热区。
根据本发明一实施例，所述膜层被实施为定向导热膜或者隔热绝缘膜。
根据本发明一实施例，所述定向导热膜沿膜厚方向的热导率低于15W/(m·K)，沿膜纵向的热导率大于200W/(m·K)，其中所述隔热绝缘膜的电阻率大于1MΩ·m，沿厚度方向的热导率小于0.3W/(m·K)。
根据本发明一实施例，所述芯部导热线被实施为由至少两根金属细微线形成的绞线。
根据本发明一实施例，所述金属微细线的直径为0.01～0.1mm。
通过对随后的描述的理解，本发明进一步的目的和优势将得以充分体现。
本发明的这些和其它目的、特点和优势，通过下述的详细说明，得以充分体现。
附图说明
图1示出了本发明所述定向导热带的局部视图。
图2示出了本发明所述定向导热带的所述编织结构局部视图。
图3示出了本发明所述定向导热带的所述针织结构局部视图。
图4示出了本发明所述定向导热带的所述芯部导热线的示意图。
图5示出了本发明所述绞线示意图。
图6 示出了本发明所述定向导热带的所述定向导热线的芯部导热线包覆两侧膜层的示意图。
具体实施方式
以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。
本领域技术人员应理解的是，在本发明的揭露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底” “内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。
结合说明书附图1至图6，依本发明一较佳实施例的一种定向导热带将在以下被详细地阐述。
电子产品在向轻薄方向发展，柔性显示导热带在很多方面得到应用，手机折叠屏是柔性显示的一个典型应用，手机内部在狭窄的空间内布置了众多的芯片、内存条和摄像头等。折叠屏手机中的芯片、摄像头等发热器件一般布置在屏幕的同一侧，发热集中，容易产生局部过热，为了使两侧屏幕热量均衡，需要采用导热构件，导热构件的一端连接芯片等发热部位、吸收热量，导热构件的另一端连接热沉，散发热量，导热构件把热量从热端屏幕引导到布置有热管、散热片等热沉的冷端屏幕，从而使手机两侧屏幕均热。导热构件在从热端屏幕向冷端屏幕传热过程中，必然要经过折叠屏中间的转轴，由于折叠屏具有一定的厚度，在弯曲和伸展过程中会有一定程度的伸长或缩短，因此，除要求导热构件可折叠外，还要求导热构件能够随着折叠屏的弯曲和伸展而伸长或缩短。由于内部空间受限，为了减小厚度，一般要求手机折叠屏导热构件厚度不超过0.5mm，导热构件把热量从热端屏定向传导到冷端屏的过程中，要求沿途热损失尽可能低，否则，大部分热量仍然耗散在热端屏一侧，这就要求导热构件的导热性能各向异性，即沿导热构件纵向热导率高，而沿厚度方向热导率尽可能低，从而使热量沿纵向定向传导。
本发明所述定向导热带被实施为一带状织物，其中所述定向导热带包括一定向导热区10、一吸热区20和一散热区30。所述吸热区20和所述散热区30形成于所述定向导热区10的两侧。如图1所示。
所述吸热区20和所述散热区30的热导率大于所述定向导热区10的热导率。
优选地，所述定向导热带被实施为通过织造的方式形成的一织物。
更优选地，所述定向导热带通过编织的方式形成带状编织物。如图2所示，所述带状编织物的所述定向导热区10的纬线300采用热导率小于10W/(m·K)的低导热线，例如，微细线或微细线绞线。所述吸热区20和所述散热区30的纬线500采用热导率大于70W/(m· K)的高导热线，例如金属微细线或金属微细线绞线。
由于所述吸热区20和所述散热区30要实现快速吸热和散热，而金属微细线的热导率高，故所述吸热区20和所述散热区30的纬线采用金属微细线或金属微细线绞线，例如铜及铜合金、铝及铝合金微细线或微细线绞线。
而在所述定向导热区10，热量要从所述定向导热区10上与所述吸热区20相邻的端部定向地传递热量至与所述散热区30连接的端部，且要求尽量避免沿途热量损失，故所述定向导热区10的纬线必须采用低的热导率线材加工。
值得一提的是，所述低热导率的线材可采用天然纤维线或者人工纤维线等热导率低于10W/(m·K)的线材，例如棉线、羊毛线、涤纶线、尼龙线、不锈钢纤维线等。
在一个实施例中，所述定向导热区10通过针织的方式形成所述带状针织物。如图3所示。所述带状织物由所述定向导热线700采用针织工艺加工而成，与编织结构不同，针织结构没有经线和纬线之分，所述定向导热区10、所述吸热区20以及所述散热区30全部采用定向导热线700加工而成。
在本发明中，所述定向导热线700为一根连续的复合线，且其具有三段结构，如图4所示。
所述定向导热线700包括芯部导热线701和覆盖在芯部导热线701的中部外表面的膜层702。
所述定向导热线700的所述芯部导热线701上覆盖有所述膜层702的部分形成一定向导热段11，而所述定向导热线700的所述芯部导热线701上未覆盖所述膜层702的部分分别形成一吸热段12和一散热段13。形成所述针织织物上所述定向导热线700的所述定向导热段11和所述膜层702定义所述定向导热区10。所述针织织物上所述定向导热线700的所述吸热段12定义所述吸热区20。所述针织织物上所述定向导热线700的所述散热段13定义所述散热区30。
值得一提的是，在所述定向导热段11表面覆盖至少一层所述膜层702。所述膜层702被实施为定向导热膜或者隔热绝缘膜。
当所述带状织物为带状编织物时，为使得所述带状编织物的所述定向导热区10能够更好地将所述吸热区20吸收的热量定向地传导至所述散热区30。所述带状编织物的经线也采用所述定向导热线700。此时，所述定向导热线700上所述定向导热段11和所述膜层702定义为所述定向导热区10的经线部分。所述带状编织物上所述定向导热线700的所述吸热段12定义为所述吸热区20的经线部分。所述带状编织物上所述定向导热线700的所述散热段13定义为所述散热区30的经线部分。换句话说，此时，所述带状编织物的所述定向导热区10的经线部分、所述吸热区20的经线部分以及所述散热区30的经线部分都是由同一根线形成。
为了使本实施例的所述定向导热带具有高的热导率，所述定向导热线700的所述芯部导热线701采用热导率大于70W/(m· K)金属微细线加工而成。所述芯部导热线701是构成本发明定向导热带的关键材料，因为所述吸热区20中每根所述芯部导热线701的所述吸热段11、所述定向导热区10中每根所述芯部导热线701的定向导热段12和所述散热区30的每根所述芯部导热线701的所述散热段13分别承担吸热、传热和放热三个任务，故所述芯部导热线701的热导率要高。
高热导率的材料有银、铜及铜合金、铝及铝合金和导热碳纤维。银价格昂贵，故银不适合用做本发明所述导热带材料。某些导热碳纤维沿纵向热导率可达2000W/(m·K)，且其沿横向热导率不到20W/(m·K)，具有优秀的定向导热功能。
所述定向导热带的所述吸热区20和所述散热区30需要分别与芯片等热源表面和热沉表面相贴合，如果把导热碳纤维加工为本发明的所述定向导热区10，由于导热碳纤维横向热导率低，导致其吸收热量和散发热量的效率低，故碳纤维虽然具有良好的定向导热的功能，但横向热导率低，导致其吸热和散热效率低，故不能用作本发明的定向导热线700。
而金属线具有各向同性的导热性能，其横向和纵向的热导率相同，与芯片和热沉表面贴合后，能够快速吸热、传热和放热，故本发明采用金属微细线作为所述芯部导热线701。
然而，金属的热导率各向同性，沿导热线横向也具有很高的热导率，如果采用纯粹的金属微细线作为导热线，所加工的所述定向导热带沿横向的热导率高，散发热量多，不具备沿纵向的定向导热功能，这导致在所述吸热区20吸收的热量尚未传递到所述散热区30时，很多热量已经损失在传热沿途，使得大部分热量仍然扩散在高温屏一侧，不能达到两侧屏幕均温的目的。
为了使金属微细线具有沿纵向的定向导热的功能，需要设法降低金属微细线沿横向的热导率，提高横向热阻，并进一步提高金属微细线沿纵向的热导率，为了达到以上目的，我们采用在金属微细线表面涂覆所述定向导热膜。
所述定向导热膜沿膜厚方向的热导率低于15W/(m·K)，沿膜纵向的热导率大于200W/(m·K)。可以理解的是，在所述金属微细线表面涂覆定向导热膜后，所述金属微细线沿横向的热阻急剧提高，所述定向导热膜同时具备阻挡热量沿横向传递和促进热量沿纵向传递的作用，这就解决了金属微细线各向同性散热问题，使得表面覆盖所述定向导热膜的所述金属微细线具有了沿纵向定向导热的性能，成为了所述定向导热线700。
但特别要注意的是，所述定向导热膜只覆盖在金属微细线所述定向导热段11的表面，不能覆盖在所述吸热段12和所述散热段13表面。因为所述吸热段12的表面与芯片表面贴合，所述散热段13表面与热沉表面贴合，所述定向导热膜沿厚度方向的热导率低，如果在所述吸热段12和所述散热段13表面覆盖所述定向导热膜，会大幅度降低所述吸热段12的吸热效率和所述散热段13的散热效率。
所述定向导热膜一般被实施为导电材料。但有时需要表面绝缘的所述定向导热带，以避免所述定向导热带接触某些零部件而引起短路。
为了使本发明的所述定向导热带具有表面绝缘和定向导热功能，本发明在金属微细线表面覆盖一层隔热绝缘膜，所述隔热绝缘膜同时具有阻挡热量沿横向传递和电绝缘的作用。所述隔热绝缘膜的电阻率大于1MΩ·m，沿厚度方向的热导率小于0.3W/(m·K)。在金属微细线表面覆盖所述隔热绝缘膜后，大幅度增大了热量沿横向传递的热阻，迫使热量沿纵向传递，实现了热量沿纵向的定向传递。同理，所述隔热绝缘膜只能覆盖在金属微细线的所述定向导热段11，不能涂覆在所述吸热段12和所述散热段13，否则将降低吸热和散热效率。
本发明的所述定向导热膜和所述隔热绝缘膜的定向导热线700各有优缺点。所述定向导热膜沿纵向的热导率大于所述隔热绝缘膜，但所述定向导热膜不具备绝缘性，为了既保持高纵向热导率，又具有绝缘性，可在金属微细线表面覆盖两层膜。即首先在所述金属微细线的所述定向导热段11的表面上覆盖一层所述定向导热膜，然后在所述定向导热膜外表面覆盖一层所述隔热绝缘膜。如图6所示。内层为所述定向导热膜，外层为所述隔热绝缘膜，此时，本发明的所述定向导热带既具有高的纵向导热性能，又具有绝缘性能。
本发明所述定向导热膜沿纵向的热导率远大于沿膜厚度方向的热导率，从而使热量沿纵向传导，所述定向导热膜优选为高导热的石墨烯膜或者石墨膜。
石墨烯膜和石墨膜的传热具有各向异性的特点，石墨烯沿片层方向的理论热导率可达5300W/(m·K)，沿厚度方向热导率只有10 W/(m·K) 左右，导热石墨沿片层方向的导热系数一般大于150W/(m·K)，片层间的热导率一般小于5W/(m·K)，石墨膜和石墨烯膜覆盖在金属微细线表面，形成定向导热膜，沿纵向热导率高，沿膜厚度方向热阻大，迫使热量沿纵向定向传导，所述芯部导热线701和表面的所述定向导热膜二者同时在纵向定向传递热量。
本发明所述隔热绝缘膜优选为隔热涂料膜、绝缘漆膜以及填充气凝胶的绝缘漆膜。
所述隔热涂料是一种能阻挡热量传导、反射光线、辐射近红外热量的功能性涂料，多用于涂覆在建筑物外立面、玻璃表面，以隔热降温，节能降耗。根据隔热原理的不同，分为阻隔型涂料、反射型隔热涂料、辐射型隔热涂料。本发明中使用的是阻隔型隔热涂料，阻隔型涂料主要通过提高热阻来阻挡热量的传导，采用热导率低的材料并在涂膜中引入热导率极低的空气，以获得良好的隔热效果。在涂料中添加的超细微孔材料，是在涂膜中获得气隙的关键，例如在涂料中填充空心玻璃微珠、空心陶瓷微珠、空心热膨胀高分子微珠等，这些空心微珠的外径从纳米到微米量级，壁厚薄，芯部是气体，密度小，隔热性能好，易于分散到各类树脂和水性涂料中。空心热膨胀高分子微珠是近年来新发展的一种高隔热空心微珠，微球受热后外壳软化，碳氢化物汽化，内部气体压力升高，将软化的外壳吹大，体积膨胀。
在本发明中，在树脂涂料内添加一定比例的空心玻璃微珠、陶瓷微珠或热膨胀高分子微珠后，涂覆在所述定向导热线700的所述芯部导热线701的所述定向导热段11上，在所述定向导热线700的所述芯部导热线701的所述定向导热段11表面形成隔热膜。所述隔热膜的热导率可低于0.05W/(m· K)，阻挡热量沿导热线横向传导，迫使热量沿所述金属微细线纵向传导，获得定向导热的性能。
绝缘漆是漆类中的一种特种漆，以高分子聚合物为基础，能在一定的条件下固化成绝缘膜，由基料、阻燃剂、固化剂、颜填料和溶剂等组成，基料有酚醛树脂、缩醛树脂、氯丁橡胶、聚氯乙烯、聚丁烯、丁苯橡胶、双马来酞亚胺树脂、聚酯亚胺树脂、聚酰胺酰亚胺树脂、有机硅树脂、硅树脂、不饱和树脂、环氧树脂等多种类型。除具有优良电绝缘性外，绝缘漆与基体的附着力好，所形成的膜层力学性能高，绝缘漆膜层的热导率一般在0.2W/(m·K)，可用作本发明所述定向导热段11表面的所述隔热绝缘膜，涂覆在本发明所述定向导热线700的所述芯部导热线701的所述定向导热段11，阻挡热量沿横向传导。
与隔热涂料相比，涂覆绝缘漆所形成的膜层的热导率低于添加空心微珠的隔热涂料的热导率，为了进一步提高隔热绝缘膜的热阻，降低热导率，本发明在绝缘漆中添加气凝胶填料来进一步降低绝缘漆膜热导率。气凝胶是一种含有纳米介孔结构的轻质固体材料，拥有高通透性的圆筒形多分枝纳米多孔三维网络结构，有低密度、高孔隙率、高比表面积、低导热系数的特点，气凝胶中一般80%以上是空气，有非常好的隔热效果。目前，气凝胶种类主要有硅气凝胶、碳气凝胶、硫气凝胶、金属气凝胶和氧化物气凝胶等，最常用的气凝胶是SiO2气凝胶，由纳米级 SiO2微颗粒相互聚集构成。
在本发明一实施例中，把一定含量的SiO2气凝胶粉体分散到绝缘漆中，涂覆在本发明所述定向导热线700的所述芯部导热线701的所述定向导热段11，在所述定向导热段11表面形成隔热绝缘膜，膜层热导率可降低至0.04W/(m·K)。
本实施例中通过采用高导热的所述金属微细线作为所述芯部导热线701，在所述定向导热段11覆盖定向导热膜或隔热绝缘膜，加工出了具有定向导热功能的定向导热线700，同时解决了定向导热和吸热端快速吸热、散热段快速散热的难题。
为了解决定向导热构件可折叠、可伸展的问题，无论所述带状织物是通过编织的方式形成还是通过针织的方式形成时，所述定向导热线700的所述芯部导热线701被实施为由所述金属微细线形成的绞线800，如图5所示，多根线形成的绞线具有比单根线更高的柔韧性，可折叠性能性更好。
所述金属微细线的直径为0.01～0.1mm，且所述金属微细线为退火后的软态，强度低、塑性高。所述金属微细线的直径低于0.01mm，加工成本高。所述金属微细线的直径大于0.1mm，则柔软性低，从而使得所述带状织物更好地与芯片贴合。
本发明采用的铜及铜合金微细线、铝及铝合金微细线柔软性高，具有像头发丝一样柔韧性，能够反复折叠和伸展，这就解决了导热构件可折叠和可伸展的问题。为了进一步提高本发明定向导热带的可折叠和可伸展性。可把所述定向导热线700的所述芯部导热线701实施为绞线，即把两个或两根以上的金属微细线采用绞合工艺加工为金属微细线绞线以形成所述芯部导热线701，其与单根所述金属微细线相比，所述绞线具有更大的柔韧性，能够承受更多次数的往复折叠和伸展，进而使得所述带状织物在实现良好的传热的同时，能够更好地与芯片贴合，并具有良好地形变回复能力。
1、为了解决定向导热构件可伸缩的问题，本发明把所述绞线作为所述定向导热线700的所述芯部导热线701，从而使织物富有弹性，可伸长和缩短。与编织物相比，针织物的可伸缩性更大，两类织物的伸缩性主要受编织组织结构的影响，一般而言，结构紧密，则伸缩性小，结构松散，则伸缩性大。
2、就本发明而言，具有编织结构或针织结构的所述定向导热带的伸缩性宜为5～50%，低于5%。所述定向导热带的可伸缩性过低，在柔性屏弯曲生伸长时易被拉断，伸缩性高于50%，会造成导热带组织结构过于松散，相同宽度程度下，热导率降低。
3、编织和针织结构众多，本发明中附图1、2所示编织结构和附图3所示针织结构仅仅是本发明的一个是实施例，本发明所述定向导热带的编织和针织结构不限于图1、2和图3所示。
4、综上所述，本申请所述定向导热带具有定向导热、可伸缩、可折叠、快速吸热和快速散热的特点。
5、从以上描述，本领域技术人员能够理解的是，与现有柔性显示屏散热构件相比，本发明具有如下有益技术效果：
6、本发明通过在金属微细线表面涂覆定向导热膜或隔热绝缘膜，同时解决了散热构件的定向导热、快速吸热和散热、表面绝缘的问题；
7、本发明通过采用金属微细线或金属微细线绞线，解决了散热构件可折叠的问题；
8、本发明通过采用具有编织或针织结构的所述定向导热带，解决了散热构件的可伸缩问题；
9、与可折叠石墨散热构件相比，由于石墨层间热导率低，本发明的定向导热带的吸热、散热效率高；
10、与可折叠石墨散热构件相比，本发明的所述定向导热带的柔韧性好，可折叠性更高，耐用性好，寿命高；
11、与可折叠石墨散热构件相比，本发明的所述定向导热带的可伸缩性可调节范围更大；
12、与可折叠石墨散热构件相比，本发明的所述定向导热带可实现表面绝缘，而石墨散热构件导电；
13、与可折叠石墨散热构件相比，本发明的所述定向导热带的成材率和成品率高，成本低；
14、在寿命到期后，本发明的所述定向导热带可回收利用，而可折叠石墨散热构件无法回收使用。
本领域的技术人员应理解，上述描述所示的本发明的实施例只作为举例而并不限制本发明。本发明的目的已经完整并有效地实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本发明的实施方式可以有任何变形或修改。
