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邹小姐：13326633089 -
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说起碳(tan)纤(xian)维，很多人(ren)可(ke)能第一印象就是——这是一种(zhong)高强度、高耐(nai)热、难(nan)变形又重量轻的新材(cai)料，这些优越的性能，用(yong)在航空航天领(ling)域再适合不过了(le)。使用(yong)碳(tan)纤(xian)维(wei)与树脂、金属、陶瓷等基体复合制成的碳(tan)纤(xian)维(wei)复合材(cai)料（CFRP），无论是飞机、导弹(dan)、航空器(qi)、运载(zai)火箭、舰艇、轨道交通等重点领(ling)域，都缺不了(le)它，其中以日本东丽公司(si)为代(dai)表，产品水平在世界范围内首(shou)屈一指。
碳纤维材料(liao)
但上述所说的碳(tan)纤维，只(zhi)是碳(tan)纤维类型里(li)的其(qi)中一种，即聚丙烯(xi)腈(jing)基（PAN）碳(tan)纤维，是用作(zuo)结构(gou)材料(liao)的“天选之子”，我(wo)们(men)今天要提到的，却(que)是另一(yi)种极(ji)为适合用在导(dao)热领域(yu)的碳纤(xian)维——沥(li)青基(ji)碳(tan)纤维。
PAN基与沥青基碳纤维重点性能对(dui)比
从以(yi)上性能(neng)对(dui)比可知(zhi)，沥青基(ji)碳纤维(wei)与(yu)PAN碳纤维走的(de)(de)是不同(tong)(tong)的(de)(de)发展方向，后者主要(yao)发挥力学(xue)优势，主要(yao)用作(zuo)结(jie)构(gou)材(cai)料；而前(qian)者在追求高强度的(de)(de)同(tong)(tong)时，优势在于导热，主要(yao)用作(zuo)功(gong)能材(cai)料。
中(zhong)间相(xiang)(xiang)沥青(qing)(qing)经过熔融纺丝、氧化(hua)、碳化(hua)、石(shi)(shi)墨化(hua)等(deng)流(liu)程后成(cheng)为中(zhong)间相(xiang)(xiang)沥青(qing)(qing)基碳纤(xian)维。平面分子结构(gou)的中(zhong)间相(xiang)(xiang)沥青(qing)(qing)在(zai)纤(xian)维中(zhong)沿纤(xian)维轴方向高度(du)取(qu)向，在(zai)高温石(shi)(shi)墨化(hua)过程中(zhong)，形(xing)成(cheng)片(pian)层石(shi)(shi)墨微晶，是中(zhong)间相(xiang)(xiang)沥青(qing)(qing)基碳纤(xian)维能够具有高模(mo)量、高导(dao)热、导(dao)电(dian)性(xing)、电(dian)磁(ci)屏蔽性(xing)能(neng)的结构基础(chu)。
沥青(qing)基碳纤维的结构（具有轴向(xiang)高(gao)强度(du)高(gao)导(dao)热）
自从进入5G时(shi)代，高(gao)速高(gao)功率通信技(ji)术对导热(re)要(yao)求极为苛刻，传统导热(re)方案(an)已(yi)经无法满足要(yao)求，尤其是(shi)芯片等(deng)核心部件，为实现与5G相匹配的运行处理能力，对导热(re)方案(an)提出了新的要(yao)求。沥青基碳纤(xian)维(wei)除了导热(re)系(xi)数高(gao)，更是(shi)因其纤(xian)维(wei)轴向结构具有(you)优异的可定向导热性(xing)能，可颠覆传统的芯片散热解决方案(an)，因(yin)此中(zhong)间相沥青基碳(tan)纤维正逐(zhu)渐成为解决5G领域导热问题的核心材料。
沥青(qing)基碳(tan)纤维作为导(dao)热填(tian)料(liao)制备的(de)导热(re)垫片，在5G的各类应用(yong)场景有着广(guang)泛的应用(yong)，非常(chang)适(shi)合(he)发热(re)密度高的散热需求。
具有高散热需求的(de)5G应用场景
目前(qian)用(yong)Al2O3、MgO、BN、AlN等无机(ji)粉末填充(chong)制成的导(dao)(dao)热(re)垫(dian)片，其导(dao)(dao)热(re)性能取决(jue)于粉体(ti)(ti)的填充(chong)量，往往会出现(xian)在基体聚合物中难以(yi)分散、填充量受限等问题，导致最(zui)终垫片的导热性(xing)能做不(bu)到(dao)太高，无法发挥(hui)出填料本(ben)身的高热导优(you)势(shi)。
而(er)沥青基(ji)短(duan)切纤维、磨碎纤维在聚合物基(ji)体中(zhong)有良(liang)好的分散性能，不需(xu)要任何辅助(zhu)手段(duan)，其(qi)本身就是以独(du)立分散的粒状形态存(cun)在，并且(qie)填充(chong)工(gong)艺(yi)性好，不(bu)会引起体(ti)系粘稠度(du)过(guo)高、弹性(xing)低、力(li)学性(xing)能差(cha)等问题。同时，沥青基碳(tan)纤维填(tian)充(chong)到高分(fen)子基体(ti)中时可以通过(guo)流场、电场、磁场等方式进行(xing)阵列定(ding)向，在特定(ding)方向达(da)到极好(hao)的导(dao)热效果。当(dang)填料(liao)达(da)到一(yi)定(ding)含量后(hou)，相同(tong)填料(liao)比例，取向性好(hao)的情况下导(dao)热系(xi)数是填料(liao)无序排列时导(dao)热系(xi)数的3倍以上。
碳纤维高导热垫片(pian)的导热原理
日本企业通过对中间相沥青(qing)基碳(tan)纤维(wei)的(de)阵列定(ding)向制得(de)的(de)硅胶导热垫片，已经从最高10W/mK的导热(re)水(shui)平，提高到50W/mK。这是(shi)颠(dian)覆(fu)性(xing)的提升，不仅是(shi)在5G应用领域，甚至是(shi)6G领域，也(ye)可以采取这种(zhong)定向(xiang)导热(re)方案。
而(er)在国内(nei)，一些(xie)通讯领域导(dao)热材料的先(xian)进(jin)企(qi)业，也(ye)已经开始采(cai)用中间相沥(li)青基碳(tan)纤维(wei)(wei)作(zuo)为(wei)新一代(dai)导(dao)热材料，将(jiang)中间相沥(li)青基碳(tan)纤维(wei)(wei)定向阵列化(hua)，从而(er)实现导(dao)热性能(neng)指标质(zhi)的提(ti)升，目前已经量(liang)产导(dao)热系数达到25W/mK的柔(rou)性(xing)导热(re)垫片。
日本迪睿合（前身为(wei)索尼化学(xue)）碳纤维导热垫片(pian)
阪(ban)东(dong)化学碳纤维导热垫(dian)片（可做绝缘处理(li)）
目前已经(jing)有一些高端(duan)电子设备开始使(shi)用(yong)碳纤维(wei)导热，最(zui)常见的就是智能手机(ji)散热。
早在2018年(nian)，三星(xing)Galaxy Note9采(cai)用创新(xin)的碳(tan)纤(xian)维(wei)液冷系(xi)统，把(ba)笔记本上(shang)用到的碳(tan)纤(xian)维(wei)散热技术加到手机上(shang)，让散热更加高效，而如今也有越(yue)来越(yue)多的品牌手机开(kai)始在散热系(xi)统里(li)应(ying)用碳(tan)纤(xian)维(wei)。
例如(ru)vivo新(xin)品线上发布(bu)会推出iQOO3 5G手机(ji)，在散(san)热(re)(re)方面采(cai)用了碳纤(xian)维+VC液(ye)冷散(san)热(re)(re)，以“超导碳纤(xian)维”和“液(ye)冷均热(re)(re)板(ban)”为主(zhu)体(ti)。 三星Galaxy S20全系列，支持5G通信技术，散(san)热(re)(re)方式采(cai)用vapor chamber均热(re)(re)板(ban)+石墨膜(mo)+铜箔+高(gao)导碳纤(xian)维垫片等。
三星(xing)手机碳纤维(wei)液冷系统
在手机的散(san)热方(fang)案中，经(jing)常采用金(jin)属热管(guan)与(yu)导热片(pian)结合的方式，导热(re)片(pian)(pian)(pian)作(zuo)用于芯片(pian)(pian)(pian)部(bu)位，热(re)管连接导热(re)片(pian)(pian)(pian)将热(re)量传导到其他区(qu)域进行散(san)热(re)。
但金(jin)属(shu)热管有许多缺(que)点：
（1）金属热(re)管无法任意设计成(cheng)所需形态，难以在(zai)电子设备狭小(xiao)且(qie)不(bu)规(gui)则的(de)空间内有效导热(re)；
（2）在热(re)管(guan)的(de)传(chuan)热(re)路径(jing)中不可(ke)避免的(de)存在其他精密部(bu)(bu)件，而金属(shu)导热(re)方(fang)向不可(ke)控(kong)，并且热(re)膨胀系(xi)数(shu)大，势(shi)必(bi)影(ying)响其他部(bu)(bu)件的(de)稳定(ding)性；
（3）铜等金属虽然导热性(xing)能(neng)较好，但(dan)由于密度(du)大，不符合(he)电子产(chan)品轻(qing)薄(bo)化的发(fa)展(zhan)趋势。
热管散(san)热
使(shi)用(yong)沥青基碳(tan)纤维就可以进行(xing)合(he)理设计使(shi)其发挥(hui)热管的(de)导(dao)热作(zuo)用(yong)，解决热管在使(shi)用(yong)中的(de)问题(ti)，由它(ta)制成的(de)复合(he)材料能够实现导热(re)(re)方向的可设计性、重(zhong)量(liang)轻、热(re)(re)膨胀系(xi)数低，在如今配置(zhi)越(yue)来(lai)越(yue)高、外形越(yue)来(lai)越(yue)轻薄的消费电子产品领域(yu)，沥(li)青基碳纤(xian)维已经逐渐变得不(bu)可或缺(que)。
目前，高性能沥(li)青基碳纤维(wei)的核(he)心技术及(ji)工(gong)业化由日本(ben)、美国等国家垄断并实行(xing)技术封锁(suo)和出口限制(zhi)，但在导(dao)热垫片和导(dao)热粉的产品上其实也发展不久。目前做碳纤维(wei)比较好的有东丽、帝人、三(san)菱、NGF（日(ri)本石墨(mo)纤(xian)(xian)维公司），其中东丽、帝人主(zhu)做PAN基碳纤(xian)(xian)维，三菱(ling)PAN基和沥青基都有涉及，但导热(re)粉的(de)市场还不太重视，NGF主(zhu)做导热(re)方向的(de)沥青基碳纤(xian)(xian)维，几(ji)家做导热(re)垫片的(de)龙(long)头企业主(zhu)要用的(de)就是NGF的(de)碳纤(xian)(xian)维导热(re)粉。
NGF碳纤维导热粉(fen)
我国(guo)因近些(xie)年(nian)来主要集中力量发展PAN基(ji)碳(tan)纤(xian)维(wei)，对沥青碳(tan)纤(xian)维(wei)研(yan)究工(gong)作发(fa)展较(jiao)为(wei)滞后，但这方面的研(yan)究在2010年以后也有了较(jiao)大(da)的发(fa)展和(he)突破，其(qi)中以湖南大(da)学为(wei)代表，目(mu)前已成功(gong)通(tong)过湖南东映(ying)碳(tan)材料科技有限公司作为(wei)产学研(yan)基(ji)地，建(jian)成了20吨/年高(gao)导热(re)沥青基(ji)碳(tan)纤(xian)维(wei)生产线，其(qi)沥青基(ji)碳(tan)纤(xian)维(wei)具(ju)有高(gao)模量（＞900GPa）和(he)高(gao)导热(re)（＞800W/mK）优势。
沥青基碳纤维是(shi)电子产(chan)品热(re)管理(li)等领域高导热(re)需求的不可多(duo)得的材料，随着(zhe)5G的(de)发(fa)(fa)展，也必将(jiang)从目前的(de)消费电子设备逐渐辐(fu)射到其他的(de)应用(yong)领域，我国目前在中间相沥青(qing)基碳(tan)(tan)纤维(wei)产(chan)(chan)品的(de)自主(zhu)生产(chan)(chan)供应也逐渐发(fa)(fa)展壮大(da)，也有越来越多的(de)企业开始注重研发(fa)(fa)生产(chan)(chan)碳(tan)(tan)纤维(wei)导(dao)热(re)应用(yong)产(chan)(chan)品，在5G导(dao)热(re)领域，沥青(qing)基碳(tan)(tan)纤维(wei)正逐渐大(da)放异彩。
粉体(ti)圈 小吉
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