[发明专利]用于导热的各向异性含氟聚合物的应用

说明书

本发明涉及一种各向异性含氟聚合物用作导热材料的应用，该含氟聚合物至少在一个方向上具有增强的固有热导率，涉及一种包括所述各向异性含氟聚合物的导热制品，以及涉及一种用于制备所述各向异性含氟聚合物的方法。

众所周知，如聚四氟乙烯（PTFE）的含氟聚合物具有低的固有热导率，致密、各向异性PTFE的热导率在从-140℃到至少232℃的宽范围的温度下热导率小于0.35W/mK。可参阅D.M.普莱斯（Price,D.M.）和M.加拉特（Jarratt,M.）2002发表于《国际热化学学报（Thermochimica Acta）》392-393,p.231-236的《PTFE和PTFE复合材料的热导率（Thermal conductivity of PTFE and PTFE composites）》，或者J.布鲁姆（Blumm,J.）、A.林德曼（Lindemann,A.）M.梅野（Meyer,M.）和C.斯特拉斯（Strasser,C.）2010年发表于《国际热物理学杂质（International Journal of Thermophysics）》31,1919-1927的《用先进热分析技术表征PTFE（Characterization of PTFE Using Advanced Thermal Analysis Techniques）》。

众所周知，因为存在空气，膨胀多孔PTFE的热导率一般的甚至更低，根据孔隙率的不同，通常只有致密材料值的10%到约50%。因此，这些材料可用作隔热物(例如，见美国专利US3,953,566,第5栏第64行到第6栏第2行)。

对于如集成电路（“IC”）中的传热的应用，需要利用含氟聚合物的这个优异的性质，但同时也需要热导率。众所周知，可通过结合导热颗粒如金属颗粒、氧化物或氮化物和相变材料(PCM)或弹性体来使含氟聚合物如PTFE变成导热的。美国专利US5,945,217和US5,738,936公开了这种导热PTFE。

但是，使用这种填充含氟聚合物具有多个缺点，特别是通常会损失PTFE杰出的性能如在苛刻化学环境下的稳定性、或改变其介电性能和颗粒化。

因此，本发明的目的之一是避免这些已知系统的缺点，且提供一种用于导热应用的含氟聚合物，将含氟聚合物的独特特征如在苛刻化学环境下、高温下或UV光下的稳定性、低介电常数、电绝缘性能、柔性、防水和其它液体，与热导率结合，该热导率足够高以允许制备导热材料。

本发明基于下述令人惊讶的发现：可通过将所述含氟聚合物在至少一个方向上取向来使含氟聚合物的固有热导率显著增加，且在所述取向方向热导率增加的同时其它方向的热导率稍微降低或保持不变，因此制备了一种热学各向异性含氟聚合物。

因此，本发明提供一种各向异性含氟聚合物在导热制品中用作导热材料的应用，该各向异性含氟聚合物至少在2个方向上具有不同的固有热导率。

各向异性含氟聚合物至少在2个方向上具有不同的固有热导率，指它们在一个方向上具有相对高的固有热导率且在另一个方向上具有相对低的固有热导率，该另一个方向通常正交于高固有热导率的方向。这是通过所述含氟聚合物中聚合物链的取向引起的，这使得含氟聚合物变成各向异性的，高热导率的方向与链取向的方向平行。

上述的应用解决了本发明的目的，尤其是允许所述含氟聚合物在导热制品中用作导热材料而无需添加导热填料。增加的导热能力对纯的含氟聚合物是固有的，并因此维持了上文提到的含氟聚合物的优异性能。

此外，因为无需添加剂来使该含氟聚合物变成导热的，避免了因为存在这种添加剂而带来的不利的水吸附。这对于电子组件中的应用特别重要。

另外，因为所述热导率在一个方向上低且在另一个方向上高，可以把热量非常准确的传导至具有高热导率的那些方向，而在其它方向所述含氟聚合物是基本上隔热的。

最后，热学各向异性含氟聚合物的制备相对简单，因此与已知系统相比是廉价的，且可使用稍作修改的、本领域技术人员所知的步骤来取向含氟聚合物。

所述热学各向异性含氟聚合物可部分氟化或完全氟化，如全氟化。

在一种实施方式中，所述含氟聚合物包括下述，或由下述组成：聚四氟乙烯（PTFE）、改性PTFE、含氟热塑性树脂或含氟弹性体或这些材料的任意组合。如本文所使用，术语“改性PTFE”指一种类型的四氟乙烯共聚物，其中除了四氟乙烯单体单元外，还存在例如0.005-15摩尔%的范围的全氟化、氟化或非氟化的共聚单体单元。