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邹小姐(jie)：13326633089 -
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说起(qi)碳纤(xian)维，很多人可能第一印象就是——这(zhei)是(shi)一种(zhong)高强度、高耐热、难变(bian)形(xing)又重量轻的(de)(de)新(xin)材料，这(zhei)些优越的(de)(de)性能(neng)，用在航空航天(tian)领域(yu)再适合不(bu)过了。使用碳(tan)纤维(wei)与树脂、金属、陶瓷等基体复合制(zhi)成的(de)(de)碳(tan)纤维(wei)复合材料（CFRP），无论是(shi)飞机、导(dao)弹、航空器、运载火箭(jian)、舰艇、轨(gui)道交通等重点(dian)领域(yu)，都(dou)缺不(bu)了它，其中以日本东丽公司为(wei)代(dai)表，产品水平在世界范围内首屈(qu)一指(zhi)。
碳纤维(wei)材料
但上述所说(shuo)的(de)碳纤维，只是碳纤维类型里的(de)其中一种，即聚丙烯腈基（PAN）碳纤维(wei)，是用作结构材料(liao)的“天选之子”，我们(men)今天要提到(dao)的，却是另一种极为(wei)适合用在导热领(ling)域的碳纤维——沥(li)青基碳纤(xian)维。
PAN基(ji)与沥(li)青(qing)基(ji)碳纤维重点性能(neng)对(dui)比
从(cong)以上性(xing)能对比(bi)可知(zhi)，沥青基碳纤维与PAN碳纤维走的是不(bu)同(tong)的发展方向，后者(zhe)主(zhu)要发挥力学(xue)优(you)势，主(zhu)要用作(zuo)结构材料(liao)；而前者(zhe)在(zai)(zai)追求(qiu)高强度的同(tong)时(shi)，优(you)势在(zai)(zai)于导热，主(zhu)要用作(zuo)功能材料(liao)。
中(zhong)间相(xiang)沥(li)青(qing)经(jing)过(guo)熔融纺丝、氧化、碳(tan)化、石墨化等流程(cheng)后(hou)成(cheng)为(wei)中(zhong)间相(xiang)沥(li)青(qing)基碳(tan)纤(xian)维。平面分子结(jie)构(gou)的中(zhong)间相(xiang)沥(li)青(qing)在(zai)纤(xian)维中(zhong)沿(yan)纤(xian)维轴方向高(gao)(gao)度取向，在(zai)高(gao)(gao)温(wen)石墨化过(guo)程(cheng)中(zhong)，形成(cheng)片层石墨微晶，是中(zhong)间相(xiang)沥(li)青(qing)基碳(tan)纤(xian)维能够具有(you)高模(mo)量、高导热、导电性、电磁(ci)屏蔽(bi)性能(neng)的(de)结构(gou)基础。
沥(li)青基碳纤维(wei)的结(jie)构（具有(you)轴向高强度高导(dao)热）
自从(cong)进(jin)入5G时代，高(gao)速高(gao)功率通(tong)信技术对导(dao)热要(yao)(yao)求(qiu)(qiu)极(ji)为(wei)苛刻，传(chuan)统导(dao)热方案已经无法满足要(yao)(yao)求(qiu)(qiu)，尤(you)其是(shi)芯片等核心部件，为(wei)实现(xian)与5G相匹配(pei)的(de)运行处(chu)理能力，对导(dao)热方案提出了(le)新的(de)要(yao)(yao)求(qiu)(qiu)。沥青基碳(tan)纤(xian)维除了(le)导(dao)热系数高(gao)，更(geng)是(shi)因其纤(xian)维轴向结构具有(you)优异的(de)可(ke)定向导热性能(neng)，可(ke)颠覆传统(tong)的芯片散(san)热(re)解(jie)决方案(an)，因(yin)此中间相沥青(qing)基碳纤(xian)维(wei)正逐渐成为解(jie)决5G领域导热(re)问题的核心材料。
沥青基碳(tan)纤维作为(wei)导热(re)填(tian)料(liao)制备的(de)导热(re)垫片，在5G的(de)各类应用(yong)场景有着广泛的(de)应用(yong)，非常适(shi)合发热密度高的散(san)热需求。
具(ju)有(you)高散热需求的5G应用(yong)场景(jing)
目前用Al2O3、MgO、BN、AlN等无(wu)机粉末填充(chong)制成的导(dao)热垫片，其导(dao)热性(xing)能(neng)取决于粉体的填充(chong)量，往(wang)往(wang)会出(chu)现在基体(ti)聚合物中(zhong)难以分散、填(tian)充量受限等问(wen)题，导(dao)致最终垫片的导(dao)热性能(neng)做不到太(tai)高，无法发挥出填料本身的高热导(dao)优势。
而(er)沥(li)青基短切纤维、磨碎纤维在聚合(he)物(wu)基体中有(you)良好的分(fen)散性能，不(bu)需(xu)要(yao)任何辅助手段，其(qi)本身(shen)就是以独立分散的(de)粒状(zhuang)形态存在，并且填(tian)充工艺性好(hao)，不会引起体(ti)系粘稠(chou)度过高(gao)、弹性(xing)低、力学性(xing)能差等问题。同时，沥青基碳纤维填充(chong)到高(gao)分子基体(ti)中时可以(yi)通过流(liu)场、电场、磁(ci)场等方式进行阵(zhen)列定向，在(zai)特定(ding)方向(xiang)达(da)到极好的(de)(de)导(dao)热效果。当填料(liao)达(da)到一(yi)定(ding)含(han)量后，相同填料(liao)比例，取向(xiang)性好的(de)(de)情况(kuang)下导(dao)热系(xi)数是填料(liao)无序排列时(shi)导(dao)热系(xi)数的(de)(de)3倍以上。
碳纤(xian)维高导(dao)(dao)热垫片的导(dao)(dao)热原理
日(ri)本(ben)企业(ye)通过对中间相(xiang)沥青基(ji)碳纤(xian)维(wei)的阵列(lie)定向(xiang)制得(de)的硅(gui)胶导热垫片，已(yi)经从(cong)最高10W/mK的导(dao)热(re)水平，提高(gao)到50W/mK。这是颠覆性的提升，不仅是在5G应用领域(yu)，甚(shen)至是6G领域(yu)，也可以采取这种定向导(dao)热(re)方案。
而在(zai)国内，一些通讯领域导(dao)热材料(liao)的(de)先进企业，也已经开始采(cai)用(yong)中间相沥青基碳纤(xian)维作为(wei)新一代导(dao)热材料(liao)，将中间相沥青基碳纤(xian)维定向阵列化，从(cong)而实现导(dao)热性能指标质的(de)提升，目(mu)前已经量产导(dao)热系数达(da)到(dao)25W/mK的柔性导热垫片。
日本迪睿合（前身为索尼化学）碳纤维导热垫(dian)片
阪(ban)东化学碳纤维导热(re)垫(dian)片（可做绝缘处(chu)理）
目前已经有(you)一(yi)些高端(duan)电子设备开始(shi)使用(yong)碳纤(xian)维导热，最常(chang)见的就是智能手机散热。
早在(zai)2018年，三星Galaxy Note9采用创新的(de)碳纤(xian)(xian)维液冷(leng)系统(tong)(tong)，把笔(bi)记本上(shang)用到(dao)(dao)的(de)碳纤(xian)(xian)维散热(re)技术加(jia)到(dao)(dao)手机(ji)上(shang)，让散热(re)更加(jia)高效(xiao)，而如今也有越(yue)来(lai)越(yue)多的(de)品牌手机(ji)开始在散热(re)系统(tong)(tong)里(li)应用碳纤(xian)(xian)维。
例如(ru)vivo新品(pin)线上发布会推出(chu)iQOO3 5G手机(ji)，在(zai)散(san)热(re)(re)(re)方面采用(yong)了碳纤维(wei)+VC液冷散(san)热(re)(re)(re)，以“超导(dao)碳纤维(wei)”和(he)“液冷均热(re)(re)(re)板”为主(zhu)体。 三星(xing)Galaxy S20全系列，支持5G通信(xin)技术，散(san)热(re)(re)(re)方式采用(yong)vapor chamber均热(re)(re)(re)板+石(shi)墨膜(mo)+铜箔+高导(dao)碳纤维(wei)垫片等。
三星手机碳纤(xian)维液冷系统
在手机(ji)的散热方案中(zhong)，经常采(cai)用(yong)金(jin)属(shu)热(re)管与导(dao)热(re)片结(jie)合的方式，导热片(pian)(pian)作用于芯片(pian)(pian)部位，热管连接导热片(pian)(pian)将热量传导到其他(ta)区(qu)域进行(xing)散热。
但金属热管有许多(duo)缺(que)点：
（1）金属热(re)管无法任意(yi)设计成所(suo)需(xu)形态，难以在电子设备狭小且不(bu)规则(ze)的空间内有效导(dao)热(re)；
（2）在(zai)热(re)(re)管的传(chuan)热(re)(re)路径中不(bu)可(ke)避免的存(cun)在(zai)其他精密部件，而金属(shu)导热(re)(re)方向(xiang)不(bu)可(ke)控，并(bing)且热(re)(re)膨胀系数大，势必影(ying)响其他部件的稳(wen)定性；
（3）铜等金属虽然导热性能较好，但由(you)于(yu)密度大(da)，不符合电子产品轻薄化的发展趋势。
热管散热
使(shi)用(yong)沥青基碳纤(xian)维就可以进行(xing)合理设计使(shi)其发(fa)挥热(re)管的(de)(de)导热(re)作用(yong)，解决热(re)管在使(shi)用(yong)中的(de)(de)问(wen)题，由(you)它制成的(de)(de)复(fu)合材料能够实现(xian)导热(re)方向的可设计性、重量轻、热(re)膨胀系(xi)数低，在如今配置越(yue)来(lai)越(yue)高、外形越(yue)来(lai)越(yue)轻薄的消费电子产(chan)品领域，沥(li)青基碳纤维已经逐渐(jian)变得不可或(huo)缺。
目前，高性(xing)能沥青基碳(tan)纤(xian)维的核心技(ji)术(shu)及工业化(hua)由日本、美国(guo)等国(guo)家垄断(duan)并实行技(ji)术(shu)封锁和(he)出口限制，但(dan)在导(dao)热垫(dian)片和(he)导(dao)热粉的产品上其实也发(fa)展不久。目前做碳(tan)纤(xian)维比较好的有(you)东(dong)丽、帝人、三菱、NGF（日(ri)本石墨纤(xian)维公司(si)），其中东丽、帝人主做(zuo)PAN基碳纤(xian)维，三菱PAN基和(he)沥青(qing)基都有涉及，但导(dao)热粉的(de)(de)市场还不太重视，NGF主做(zuo)导(dao)热方向的(de)(de)沥青(qing)基碳纤(xian)维，几家做(zuo)导(dao)热垫片(pian)的(de)(de)龙头企(qi)业主要(yao)用(yong)的(de)(de)就(jiu)是NGF的(de)(de)碳纤(xian)维导(dao)热粉。
NGF碳纤(xian)维(wei)导热(re)粉
我国因近些年(nian)来主要集中力量发展PAN基(ji)碳(tan)纤(xian)维(wei)，对沥(li)青碳(tan)纤(xian)维(wei)研(yan)究(jiu)工作发(fa)展较为(wei)滞后，但这方面的研(yan)究(jiu)在2010年以后也有(you)了较大的发(fa)展和突(tu)破(po)，其中以湖南大学(xue)为(wei)代表，目前已成功通过湖南东映(ying)碳(tan)材料(liao)科技有(you)限公司作为(wei)产学(xue)研(yan)基(ji)地，建成了20吨/年高(gao)(gao)导热沥(li)青基(ji)碳(tan)纤(xian)维(wei)生产线，其沥(li)青基(ji)碳(tan)纤(xian)维(wei)具(ju)有(you)高(gao)(gao)模量（＞900GPa）和高(gao)(gao)导热（＞800W/mK）优(you)势。
沥青基碳纤(xian)维是电(dian)子产品热管理等(deng)领域高(gao)导热需求的不(bu)可多得的材料(liao)，随(sui)着(zhe)5G的(de)(de)发展，也必将从(cong)目前的(de)(de)消费(fei)电子设(she)备逐渐辐射到其他的(de)(de)应(ying)用领(ling)域(yu)，我国目前在中间相沥青基碳纤(xian)维产(chan)品(pin)的(de)(de)自主生(sheng)产(chan)供(gong)应(ying)也逐渐发展壮(zhuang)大，也有越(yue)来(lai)越(yue)多的(de)(de)企业开始(shi)注重(zhong)研发生(sheng)产(chan)碳纤(xian)维导热应(ying)用产(chan)品(pin)，在5G导热领(ling)域(yu)，沥青基碳纤(xian)维正逐渐大放异彩。
粉体(ti)圈 小(xiao)吉
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