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鄒小姐：13326633089 -
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說起碳纖維，很多人可能第一印象就是——這是一種高強度、高耐熱、難變形又重量輕的新材料，這些優越的性能，用在航空航天領域再適合不過了。使用碳纖維與樹脂、金屬、陶瓷等基體復合制成的碳纖維復合材料（CFRP），無論是飛機、導彈、航空器、運載火箭、艦艇、軌道交通等重點領域，都缺不了它，其中以日本東麗公司為代表，產品水平在世界范圍內首屈一指。
碳纖維材料
但上述所說的碳纖維，只是碳纖維類型里的其中一種，即聚丙烯腈基（PAN）碳纖維，是用作結構材料的“天選之子”，我們今天要提到的，卻是另一種極為適合用在導熱領域的碳纖維——瀝青基碳纖維。
PAN基與瀝青基碳纖維重點性能對比
從以上性能對比可知，瀝青基碳纖維與PAN碳纖維走的是不同的發展方向，后者主要發揮力學優勢，主要用作結構材料；而前者在追求高強度的同時，優勢在于導熱，主要用作功能材料。
中間相瀝青經過熔融紡絲、氧化、碳化、石墨化等流程后成為中間相瀝青基碳纖維。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。
瀝青基碳纖維的結構（具有軸向高強度高導熱）
自從進入5G時代，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，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，對導熱方案提出了新的要求。瀝青基碳纖維除了導熱系數高，更是因其纖維軸向結構具有優異的可定向導熱性能，可顛覆傳統的芯片散熱解決方案，因此中間相瀝青基碳纖維正逐漸成為解決5G領域導熱問題的核心材料。
瀝青基碳纖維作為導熱填料制備的導熱墊片，在5G的各類應用場景有著廣泛的應用，非常適合發熱密度高的散熱需求。
具有高散熱需求的5G應用場景
目前用Al2O3、MgO、BN、AlN等無機粉末填充制成的導熱墊片，其導熱性能取決于粉體的填充量，往往會出現在基體聚合物中難以分散、填充量受限等問題，導致最終墊片的導熱性能做不到太高，無法發揮出填料本身的高熱導優勢。
而瀝青基短切纖維、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，并且填充工藝性好，不會引起體系粘稠度過高、彈性低、力學性能差等問題。同時，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后，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。
碳纖維高導熱墊片的導熱原理
日本企業通過對中間相瀝青基碳纖維的陣列定向制得的硅膠導熱墊片，已經從最高10W/mK的導熱水平，提高到50W/mK。這是顛覆性的提升，不僅是在5G應用領域，甚至是6G領域，也可以采取這種定向導熱方案。
而在國內，一些通訊領域導熱材料的先進企業，也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。
日本迪睿合（前身為索尼化學）碳纖維導熱墊片
阪東化學碳纖維導熱墊片（可做絕緣處理）
目前已經有一些高端電子設備開始使用碳纖維導熱，最常見的就是智能手機散熱。
早在2018年，三星Galaxy Note9采用創新的碳纖維液冷系統，把筆記本上用到的碳纖維散熱技術加到手機上，讓散熱更加高效，而如今也有越來越多的品牌手機開始在散熱系統里應用碳纖維。
例如vivo新品線上發布會推出iQOO3 5G手機，在散熱方面采用了碳纖維+VC液冷散熱，以“超導碳纖維”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+高導碳纖維墊片等。
三星手機碳纖維液冷系統
在手機的散熱方案中，經常采用金屬熱管與導熱片結合的方式，導熱片作用于芯片部位，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：
（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，并且熱膨脹系數大，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，但由于密度大，不符合電子產品輕薄化的發展趨勢。
熱管散熱
使用瀝青基碳纖維就可以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，由它制成的復合材料能夠實現導熱方向的可設計性、重量輕、熱膨脹系數低，在如今配置越來越高、外形越來越輕薄的消費電子產品領域，瀝青基碳纖維已經逐漸變得不可或缺。
目前，高性能瀝青基碳纖維的核心技術及工業化由日本、美國等國家壟斷并實行技術封鎖和出口限制，但在導熱墊片和導熱粉的產品上其實也發展不久。目前做碳纖維比較好的有東麗、帝人、三菱、NGF（日本石墨纖維公司），其中東麗、帝人主做PAN基碳纖維，三菱PAN基和瀝青基都有涉及，但導熱粉的市場還不太重視，NGF主做導熱方向的瀝青基碳纖維，幾家做導熱墊片的龍頭企業主要用的就是NGF的碳纖維導熱粉。
NGF碳纖維導熱粉
我國因近些年來主要集中力量發展PAN基碳纖維，對瀝青碳纖維研究工作發展較為滯后，但這方面的研究在2010年以后也有了較大的發展和突破，其中以湖南大學為代表，目前已成功通過湖南東映碳材料科技有限公司作為產學研基地，建成了20噸/年高導熱瀝青基碳纖維生產線，其瀝青基碳纖維具有高模量（＞900GPa）和高導熱（＞800W/mK）優勢。
瀝青基碳纖維是電子產品熱管理等領域高導熱需求的不可多得的材料，隨著5G的發展，也必將從目前的消費電子設備逐漸輻射到其他的應用領域，我國目前在中間相瀝青基碳纖維產品的自主生產供應也逐漸發展壯大，也有越來越多的企業開始注重研發生產碳纖維導熱應用產品，在5G導熱領域，瀝青基碳纖維正逐漸大放異彩。
粉體圈 小吉
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