CN101168620B - 导热阻燃液体硅橡胶及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种导热阻燃液体硅橡胶，它包括以下重量份的组分：10～40份25℃时聚合粘度为500～5000mPa.s的乙烯基封端的有机聚硅氧烷；10～40份25℃时聚合粘度为10000～50000mPa.s的乙烯基封端的有机聚硅氧烷，1～5份的含氢聚硅氧烷，其中R是甲基、乙基、丙基或丁基，2～8份的烷基二硅氮烷，20～50份平均粒径5～20微米的表面疏水Al₂O₃粉末，10～50份平均粒径5～20微米的Al(OH)₃粉末，0.3～2份的加成固化催化剂，0.01～0.06份的炔醇类固化抑制剂，0.5～2份的蒸馏水，通过加成型热硫化方式制取，生产过程中不产生有毒物质或刺激性气体，硫化速度快，符合节能降耗及环保要求。产品储存稳定性好，粘度适中操作性好，集导热、绝缘、阻燃性能于一身，性价比高。

Description

导热阻燃液体硅橡胶及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种新型橡胶材料，尤其是涉及用于发热元器件散热用的导热硅橡胶材料。 

背景技术

为解决高发热电器元件在工作时的及时散热问题以保证其稳定运行，通过附着在发热元件表面的材料将热量传到金属散热片而达到散热目的.这样就要求导热材料具有良好的导热和绝缘的性能。 

导热硅橡胶材料是一种典型的高分子复合材料，在导热材料中占重要地位。其导热性能主要是由导热填料的种类和导热填料在硅橡胶基体中的分布情况决定的。金属填料(如Al、Ag等)具有较高的导热系数，但是大多数是既能导热也可导电的；无机非金属材料(如AlN、SiC等)导热系数也较高，但价格相当昂贵；目前主要使用金属氧化物(如Al₂O₃、ZnO等)作为导热填料。各种填充材料的导热机理均不同，金属材料主要是靠电子运动进行导热，金属导热率随温度的升高而降低；非金属的热扩散速度主要取决于邻近原子的震动及结合基团，在强共价键合的材料中，在有序的晶体晶格中导热是比较有效率的。所以在采用非金属材料作为导热填料时，提高体系中的导热“堆砌度”是提高导热系数的主要手段。 

现在常见的导热硅橡胶是在过氧化物高温硫化类型的硅橡胶中添加导热填料制成的。通常的制备过程是分为两个阶段进行，第一阶段将硅生胶、导热填料、添加剂、硫化剂和结构控制剂进行混炼，然后将混炼料在金属模具中加压加热成型和硫化，其压力为50Kg/cm²左右，操作温度120～130℃，时间为20～30分钟，或者操作温度160～170℃，时间10～15分钟；第二阶段将硅橡胶从模具中取出后，放人烘箱内，于200～250℃下烘24小时，使橡胶进一步硫化，同时使有机过氧化物分解挥发。 

采用上述方法制备导热硅橡胶，由于生胶价格较高，不利于降低成本，而且橡胶组分中的填料、油、抗氧剂、树酯可能在一定条件下消耗自由基，需要严格选配；采用过氧化物硫化方法制得的橡胶制品拉伸和撕裂强度低，且硫化时  间不易调整，硫化时过氧化物会释放刺激性气味体，影响生产环境，硫化温度高，大量消耗电能，产品的粘度大不易操作，并且因为是聚合物材料，易燃，发烟量大，有时是火灾的直接导火线。上述制品已不能满足电器元件对散热材料高导热，绝缘，阻燃的综合性能要求。 

发明内容

本发明的目的是提供一种导热阻燃性能优良、流动性好易操作的导热阻燃液体硅橡胶。 

本发明的另一目的是提供一种硫化速度快、节约资源环保安全的导热阻燃液体硅橡胶的制备方法。 

本发明的技术解决方案是：一种导热阻燃液体硅橡胶，它包括以下重量份的组分： 

a)、10～40份通式为R₂SiO(SiRR’O)_nSiR₂的乙烯基封端的有机聚硅氧烷，链节中与硅连接的烷基R和R’是甲基、乙基、丙基或丁基，25℃时聚合粘度为500～5000mPa.s； 

b)、10～40份通式为R₂SiO(SiRR’O)_nSiR₂的乙烯基封端的有机聚硅氧烷，链节中与硅连接的烷基R和R’是甲基、乙基、丙基或丁基，25℃时聚合粘度为10000～50000mPa.s； 

c)、1～5份的通式为R’R₂SiO(SiRHO)_nSiR₂R’的含氢聚硅氧烷，其中R是甲基、乙基、丙基或丁基，R’是氢或烷基； 

d)、2～8份的通式为R₃SiNHSiR₃的烷基二硅氮烷，R为甲基、乙烯基或苯基； 

e)、20～50份表面疏水的Al₂O₃粉末，平均粒径5～20微米； 

f)、10～50份的Al(OH)₃粉末，平均粒径5～20微米； 

g)、0.3～2份的加成固化催化剂； 

h)、0.01～0.06份的炔醇类固化抑制剂； 

I)、0.5～2份的蒸馏水。 

作为一种优化方案，一种导热阻燃液体硅橡胶，包括以下重量份的组分： 

a)、10～40份乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷，25℃时聚合粘度为500～5000mPa.s； 

b)、10～40份乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷，25℃时聚合粘度为10000～50000mPa.s； 

c)、1～5份含氢聚硅氧烷，25℃时聚合粘度为20～150mPa.s； 

d)、2～8份六甲基二硅氮烷； 

e)、20～50份平均粒径5微米的表面疏水Al₂O₃粉末； 

f)、10～50份平均粒径5微米的Al(OH)₃粉末； 

g)、0.3～2份的铂或铂化合物； 

h)、0.01～0.06份的炔醇类固化抑制剂； 

i)、0.5～2份的蒸馏水。 

Al₂O₃粉末和Al(OH)₃粉末加入比例为3∶1～4∶1，Al₂O₃粉末作为导热填料，Al(OH)₃粉末作为阻燃填料，按照这样的比例加入可以达到均衡的导热阻燃效果。 

所述的铂或铂化合物为铂黑、氯铂酸、氯铂酸的醇溶液、氯铂酸-石蜡络合物或铂-乙烯基硅氧烷络合物。铂或铂络合物具有很好的阻燃效果，配合Al₂O₃ 粉末和Al(OH)₃粉末可以进一步提高餐盘的阻燃效果。 

加成固化催化剂和炔醇类固化抑制剂的加入比例为40∶1，可以提高硫化速度，无需加压以及二段硫化过程。 

所述的炔醇类固化抑制剂为3-甲基-己炔基-3-醇、3，5-二甲基-1-己炔基-3-醇、2-甲基-3-丁炔基-2-醇或2-苯基-3-丁炔基-2-醇。 

本发明的导热阻燃液体硅橡胶的制备方法方法，包括以下步骤： 

a)、在捏合机中加入25℃时聚合粘度为500～5000mPa.s的乙烯基封端的有机聚硅氧烷、25℃时聚合粘度为10000～50000mPa.s的乙烯基封端的有机聚硅氧烷、烷基二硅氮烷和蒸馏水，捏合均匀； 

b)、加入Al₂O₃粉末和Al(OH)3粉末，捏合成团后继续在室温下捏合1小时； 

c)、升温至150℃恒温捏合1小时； 

d)、在150℃真空条件下捏合2小时，停止真空，降温至120℃捏合均匀后制得基胶； 

e)、在基胶中加入含氢聚硅氧烷、加成固化催化剂和醇类固化抑制剂，搅拌均匀后升温至80～150℃硫化，得到导热阻燃液体硅橡胶。 

步骤b中的Al₂O₃粉末和Al(OH)₃粉末混合均匀后分批加入，加入间隔不少于5分钟。可以保证填料均匀分布在胶料中，提高橡胶的品质。 

步骤d中真空条件为表压0.08Mpa，防止烷基二硅氮烷残留在胶料中，造成胶料显碱性，提高产品储存稳定性。 

步骤e中加入的加成固化催化剂和醇类固化抑制剂的比例为40∶1，可以提高硫化速度，无需加压以及二段硫化过程。 

本发明有以下优点：生产及硫化过程中不产生有毒物质或刺激性气体，没有副产物，效率高；硫化速度快，能源消耗少，节省人力；符合节能降耗及环保要求。制得的产品储存稳定性好，粘度适中操作性好，最重要的是能很好的把导热、绝缘、阻燃性能集于一身以满足电器行业更高的需求，性价比高。 

具体实施方式

实施例1：一种导热阻燃液体硅橡胶，其制备步骤如下： 

a)、25℃下在捏合机中加入10Kg聚合粘度为500～5000mPa.s的乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷、10Kg聚合粘度为10000～50000mPa.s的乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷、2Kg六甲基二硅氮烷、0.5Kg蒸馏水和0.01Kg白色粉，捏合均匀； 

b)、混合20Kg粒径为5微米的Al₂O₃粉末和10Kg粒径为5微米的Al(OH)₃ 粉末，分批次加入捏合机，每次间隔不少于5分钟，捏合成团后继续在室温下捏合1小时； 

c)、升温至150℃恒温捏合1小时； 

d)、在150℃抽真空，表压0.08Mpa条件下捏合2小时，停止真空，降温至120℃捏合均匀后制得基胶； 

e)、在基胶中加入1Kg含氢聚硅氧烷、0.3Kg氯铂酸-石蜡络合物和0.01Kg的3-甲基-己炔基-3-醇为固化抑制剂，搅拌均匀后升温至80～150℃硫化8分钟，得到液态白色导热阻燃液体硅橡胶。 

实施例2：一种导热阻燃液体硅橡胶，其制备步骤如下： 

a)、25℃下在捏合机中加入40Kg聚合粘度为500～5000mPa.s的乙烯基封端的聚二乙基硅氧烷、40Kg聚合粘度为10000～50000mPa.s的乙烯基封端的聚二丙基硅氧烷、5Kg六甲基二硅氮烷、2Kg蒸馏水和0.02Kg黄色膏，捏合均匀； 

b)、混合50Kg粒径为20微米的Al₂O₃粉末和50Kg粒径为20微米的Al(OH)₃ 粉末，分批次加入捏合机，每次间隔不少于5分钟，捏合成团后继续在室温下捏合1小时； 

c)、升温至150℃恒温捏合1小时； 

d)、在150℃抽真空，表压0.08Mpa条件下捏合2小时，停止真空，降温至120℃捏合均匀后制得基胶； 

e)、在基胶中加入1Kg含氢聚硅氧烷、2Kg氯铂酸和0.06Kg的3，5-二甲基-1-己炔基-3-醇为固化抑制剂，搅拌均匀后升温至80～150℃硫化5分钟，得到液态黄色导热阻燃液体硅橡胶。 

实施例3：一种导热阻燃液体硅橡胶，其制备步骤如下： 

a)、25℃下在捏合机中加入25Kg聚合粘度为500～5000mPa.s的乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷、25Kg聚合粘度为10000～50000mPa.s的乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷、3.5Kg六甲基二硅氮烷、1Kg蒸馏水和0.01Kg黄色膏，捏合均匀； 

b)、混合30Kg粒径为10微米的Al₂O₃粉末和25Kg粒径为10微米的Al(OH)₃ 粉末，分批次加入捏合机，每次间隔不少于5分钟，捏合成团后继续在室温下捏合1小时； 

c)、升温至150℃恒温捏合1小时； 

d)、在150℃抽真空，表压0.08Mpa条件下捏合2小时，停止真空，降温至120℃捏合均匀后制得基胶； 

e)、在基胶中加入3Kg含氢聚硅氧烷、1Kg铂-乙烯基硅氧烷络合物和0.25Kg的2-甲基-3-丁炔基-2-醇为固化抑制剂，搅拌均匀后升温至80～150℃硫化5分钟，得到液态黄色导热阻燃液体硅橡胶。 

实施例4：一种导热阻燃液体硅橡胶，其制备步骤如下： 

a)、25℃下在捏合机中加入10Kg聚合粘度为500～5000mPa.s的乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷、10Kg聚合粘度为10000～50000mPa.s的乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷、2Kg六甲基二硅氮烷、1Kg蒸馏水和0.01Kg硅藻土，捏合均匀； 

b)、混合40Kg粒径为5微米的Al₂O₃粉末和10Kg粒径为5微米的Al(OH)₃ 粉末，分批次加入捏合机，每次间隔不少于5分钟，捏合成团后继续在室温下  捏合1小时； 

c)、升温至150℃恒温捏合1小时； 

d)、在150℃抽真空，表压0.08Mpa条件下捏合2小时，停止真空，降温至120℃捏合均匀后制得基胶； 

e)、在基胶中加入1Kg含氢聚硅氧烷、0.4Kg铂-乙烯基硅氧烷络合物和0.01Kg的2-苯基-3-丁炔基-2-醇为固化抑制剂，搅拌均匀后升温至80～150℃硫化5分钟，得到液态导热阻燃液体硅橡胶。 

制得的产品指标为：密度(g/cm3)          2.0-2.4 

体积电阻率(Ω.cm)                      8.8×1014 

混合粘度(mPa.s)                        10000-60000 

可流动 

固化温度(℃)                           80-150 

固化时间(min)                          5-8 

工作时间(min)                          20-60 

拉伸强度(kgf/cm2)                      25-30 

模量(kgf/cm2)                          10-15 

温度范围(℃)                           -45-200 

热导性                                 ≥1.1W/(m.k) 

硬度(球形硬度计)                       10-55 

阻燃级别                               UL94V-0级 

以下通过实验进一步说明本发明的有益效果： 

对比实验例： 

1)、在捏合机中加入生胶(粘度40～80万mPa.s)100份，氧化铝粉末400份，碳酸镁粉末20份混炼成基胶； 

2)、向基胶中加入俗称“双二五”的过氧化物，混合均一配成胶料； 

3)、将混炼料在金属模具中加压加热成型和硫化，其压力为50Kg/cm²，温度160～170℃，时间10～15分钟，得到硅橡胶； 

4)、二段硫化：硅橡胶从模具中取出后，放入烘箱内，于200～250℃下烘24小时硫化，制得对比产品。 

抽取实施例2和实施例4的产品，与对比产品分别进行性能测定，结果如下表： 

从上表可以看出，本发明的制备方法以及制得的产品相比对比产品而言，生产及硫化过程中不产生有毒物质或刺激性气体，没有副产物；硫化速度快，效率高，能源消耗少；符合节能降耗及环保要求。制得的产品粘度适中操作性好。总体性价比高。另外实施例2产品加入的Al₂O₃粉末和Al(OH)₃的比例为1∶1，粒径也较大，相比实施例4产品中加入Al₂O₃粉末和Al(OH)₃的比例4∶1，粒径也较小，在导热性能上前者不如后者，但前者的综合性能还是优于对比产品。 

Claims (1)

1.一种导热阻燃液体硅橡胶的制备方法，其特征在于，所述方法的制备步骤如下：

a)、25℃下在捏合机中加入10kg聚合粘度为500～5000mPa.s的乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷、10kg聚合粘度为10000～50000mPa.s的乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷、2kg六甲基二硅氮烷、1kg蒸馏水和0.01kg硅藻土，捏合均匀；

b)、混合40kg粒径为5微米的Al₂O₃粉末和10kg粒径为5微米的Al(OH)₃粉末，分批次加入捏合机，每次间隔不少于5分钟，捏合成团后继续在室温下捏合1小时；

c)、升温至150℃恒温捏合1小时；

d)、在150℃抽真空，表压0.08MPa条件下捏合2小时，停止真空，降温至120℃捏合均匀后制得基胶；

e)、在基胶中加入1kg含氢聚硅氧烷、0.4kg铂-乙烯基硅氧烷络合物和0.01kg的2-苯基-3-丁炔基-2-醇为固化抑制剂，搅拌均匀后升温至80～150℃硫化5分钟，得到液态导热阻燃液体硅橡胶。