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                高導熱中間相瀝青基碳∮纖維在5G領域的應我們也好挑選一個實力弱用

                時間:2020-04-22 作者:研究咨詢部 點擊:49

                5G作為高速高功率通信技術,對導熱要求極為苛刻,傳統導熱方案已經無法滿足要求,新的導熱技術必須有質的變化才能應對如此復雜的過熱環境。尤其是芯片等核心部件,為實現與5G相匹配的運行處理能力,必須時刻保持“冷靜”,對導熱方♂案提出了新的要求。過去在航天工業領域得到重要應用的高導熱中間相瀝青基碳纖維,引起導熱領域的【廣泛關註。其優異的可定向導熱性能,正在顛覆傳統的芯片散熱√解決方案,中間相瀝青基碳纖維將成為解決5G領域導熱問題的核心材料。

                預計到2025年全⊙球將有650萬個5G基站,28億5G用戶,其中,中國基站將超過400萬個,用戶也將突破10億。同時將帶動大⌒ 量手機、汽車、智能醫療系統、智能可穿戴設〗備、服務器和數據中心的生產或建設。5G成為通信技術行業顛覆性的革命,為整個產業鏈帶來極大的發展機遇同時也提出了更苛刻的技術要求,尤其是對散熱材料和電磁屏蔽材料的質量和數量需求將迅速增長。根據前瞻產業研究院預估,2018 年~2023年散熱產業年復合@ 增長率達8%,市場規模有望從2018年的1497億元增長到2023年的2199億元。根據BCC Research預測,全球EMI(電磁幹擾)和RFI(射頻幹擾)屏蔽材料市場〗2020年預計將達到79億美元,復合年均增長率(CAGR)5.6%。
                中間相瀝青是重質■芳烴經過縮聚等一系列反應形成的,具有光學各向異性的▽稠環芳烴結構聚合物,是一種熔致液晶聚合物。中間相瀝青經過熔融紡絲、氧化、碳化、石墨化等流程後成為中間相瀝青】基碳纖維。合成具有良好可紡性、高純度的中間相瀝青,是整個︻工藝鏈中的核心技術。平面分子結構的中間相瀝青在纖維中沿纖維軸方向高度取向,在高溫石墨化過程中,形成片層石墨微晶,是中間相瀝青基碳纖甚是詭異維能夠具有高模量、高導熱、導電性、電磁屏蔽性能的結構基礎。中間相瀝青基碳纖維在航空航天、高端制造等領】域有重要應用,作為關鍵戰略材料,一直被美日兩國壟斷,產品對我國∩嚴格禁售,長期以來價格極其昂貴,也使民用產品對其望而卻步。近年來,隨著民用領域技術水平的發展,產品競爭日趨激烈化,對關鍵◤材料性能要求越來越高,中間相瀝青基碳纖維逐漸受到廣泛關註。

                幾種中間相瀝青的典型分子結是不是我構


                中間相瀝青基碳纖▲維沿纖維軸向導熱系數可達1100W/mK以上,是鋁的四倍以上,銅的兩倍以上。雖然目前一些納米材料具有很高的理論◣導熱系數,但實際應用中由於存在著在基體聚合物中難以分散、難以定向陣列、填充量受限等因素,很難做出高導熱的尤其是定向的導熱材料。以中間相瀝青基碳纖維作為導熱填料的復合材料,通過♀合理的設計導熱系數可達30W/mK以上。
                中間相瀝青基短切纖維、磨碎纖維在聚合物基體中有良好的分散性能。不需要任□ 何輔助手段,其本身就是以獨立分散的粒狀形態存在,並且填充工藝性好,不會引起體系粘稠度過高、彈性低、力學性能差等問題。良好的分散性對獲得高導熱性能非常重要。圖1是某導熱填料在分散狀態和聚集狀態填充時導熱系數對比,可見,良好的分散性可●以使導熱系數提高一倍以上。
                中間相瀝青基碳纖維填充到高分子基體中時可以通過流場、電場、磁場等方式進行陣列定向,在特定方向達到極好的導熱效果。當填料達到一定含量後,相¤同填料比例,取向性好的情況下導熱系數是填料無序@排列時導熱系數的3倍以上。並且取向性對導熱效果的影響遠大於分散性,圖2是不同填料組成的高分子導熱材料導熱系數對比。

                日本企業通過對中間相瀝青基碳纖維的陣列定向制得的矽膠導熱墊片,已♀經從最高10w/m·k的導熱水平,提高到50w/m·k。這是顛覆性的那可是王品仙器艾仙帝使用王品仙器提升,不僅是在5G應用領域,甚至是6G領域,也將是采取這種定向導熱方案。目前看來,中間相瀝青基碳纖維是綜合性能非常優秀的定向導◥熱材料。

                在國內,一些通訊領域導熱材料的先進企業,已經開始采用中間相瀝青基碳纖維作為新一代導熱♀材料,將中間相瀝青基碳纖維定向陣列化,從而實現導熱性能指標質的提升,目前已經量產導熱系數達到25W/mK的柔性導熱墊片。
                vivo新品線上發布≡會推出iQOO 3 5G手機,在散熱方面采用了碳纖維+VC液冷散熱,以“超導在整個千仞峰可以穩進前三碳纖維”和“液冷均熱板”為主體。
                三星Galaxy S20全系列,支持5G通信技術,散熱方式采用vapor chamber均熱板+石墨膜+銅箔+高Ψ導碳纖維墊片等。


                手機的散熱方案中,經常采用熱管與導熱片結合的方式,導熱片作用於芯片部位,熱管連接導熱片將熱量傳導到其他區域進行散熱。但金屬熱管有許多缺點,比如,(1)金屬熱管無法任意設計成所需形態,難以在電子設備狹小且不規則的空間內有效導熱;(2)在熱管的傳熱路徑中不可避免的存在其他精密部件,而金屬導熱方向不可控,並且熱膨脹系數大,勢必影響其他部件的穩定⊙性;(3)銅等金屬雖然導熱性能較好,但由於密度大,不符合電子產品輕薄化的發展趨勢。
                中間相瀝青基碳纖維沿軸向具有優異的導熱性能和極低的熱絕招膨脹系數,而徑向方向導熱系數較低,在導熱性能上具有各向異性,由它制成的復合材料能夠實現導熱方向的可設計性,且重量輕,熱膨脹系我在修煉數低。以導熱系數500W/mK的中間相瀝青基碳纖維與環氧樹脂結合形成的★復合材料,沿纖維軸向導熱系數可達300W/mK。
                高導熱中間相瀝青基碳纖維復合材料和金屬性能對比


                已經有前瞻性研究將中間相瀝青基碳纖維進行合理設計使其發揮熱管的導熱作用,解決熱管在使用中的問題。國外某知〓名手機品牌已經計劃采用“碳纖維液冷系統”讓手機導熱效能更好,長時間維持最☆佳運行狀態。

                中間相瀝青基碳纖維在5G導熱領域的應用,已經引起5G行業的廣泛關≡註,未來5G對高導熱中間相瀝青基碳纖維的需求量將持續增加。
                除了導熱性能,在電磁屏蔽方面,中間相瀝青基碳纖※維同樣表現突出。
                屏蔽效能分級

                中間相瀝青基碳纖維通過合理的設計,電磁屏蔽效能SE值可達90db以上,同時具有質量輕、耐腐蝕、耐氧化、不易沈積、分散性好、可設計二寨主瞳孔一縮性強、電磁屏蔽效果可調、適用範圍廣等優勢,是優秀的電磁卐屏蔽解決方案。
                中間相瀝青基碳纖維是發展我國宇航工業、高端裝備制造業的關鍵戰略材料。其高模量性能是滿足衛星天線、飛行器高剛度面板、大型飛機機翼、機器人手臂、大型工業羅拉等裝備精密高效運行的基礎保障。其高導熱性能是滿足飛行器發動機冷卻系統、導彈劍無生鼻錐體、電子產品熱管理等領域高導熱需求的不可多得的材料。其優異的電磁屏蔽性能是航天信息系統、民用電子產品電磁屏蔽防護的優秀材料。由於其在多領域的重要應用,日美對相關技術一直嚴格封鎖,產品也對我國嚴格禁售,為推動我國相關產業的發展,提高下次來多少我就殺多少產品競爭力,我國急需自主生產供應中間相瀝青基碳纖維產品。
                遼寧諾科碳材料有限公司經過十年的研發歷程,目前已自主成功開發中間相盤旋在他頭頂瀝青基碳纖維全流程生產技術,於2018年建成國內第一條中間相瀝青基碳纖維生產線,產能20噸/年,從核心前驅體中間相瀝青到關鍵設備、工藝,均為諾科獨立研發。在前期理論研究、工藝研發、數據儲備、運行經驗積累的基礎上,諾科已經開始感覺到籌備200噸/年中間相瀝青基碳纖維項目。
                疾風知勁草,多年研發的艱辛諾科從無退縮,中間相瀝青基碳纖維的投產給了諾科人最大的小唯一愣鼓舞和信心。但越深入越敬畏▓,我們深知要取得中間相瀝青基碳纖維√在各應用領域的突破,還任重道遠。不同的應用提出不同的性能要求,導熱性能的不斷提升、後處理工藝的不斷優化、可設計性能的擴展、導熱和電磁屏蔽性能※的結合、模量與導熱性能的協調、纖維與基體材料的最優配合,不斷出現的新應用、新要求,促使我們時刻保持技術敏銳性,不斷澹臺億和玄雨等人頓時恭敬道提高中間相瀝青基碳纖維的綜合性能,使產品更趨向於多樣化、多層次化。我們也真誠希望與產業鏈上的同仁開展合作,共同探索中間相瀝青基碳纖維應→用中的關鍵問題,從原料性能到應用工藝逐步優化,共同促進我國中間相瀝青基碳纖維復合材料產業的發展。
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