CN102093838A - 一种高温固化双组分灌封胶及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高温固化双组分导热灌封胶及其制备方法，所述导热灌封胶由A组分和B组分按100∶80～100∶125的重量比组成，所述A组分由以下重量百分比的原料组成：导热粉体45.00％～85.00％，低粘度液体硅油14.00％～50.00％，硅烷固化剂0.15％～15.00％，抑制剂0.005～0.02％，调色剂0.00～5.00％；所述的B组分由以下重量百分比的原料组成：导热材料45.00％～85.00％，低粘度液体硅油14.00％～55.00％，催化剂0.04％～1.00％，调色剂0.00～5.00％；所述导热灌封胶的制备方法为，分别制备A、B组分，使用时，将A、B组分以100∶80～100∶125的重量比混合均匀，60～80℃加热固化2小时，即得。

Description

一种高温固化双组分灌封胶及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种高温固化导热硅胶，尤其涉及一种高温固化双组分灌封硅胶及其制备方法，可适用于各种电子元器件的灌封应用，属于灌封粘接剂领域。

背景技术

目前，密集型电路的运用已经成为现代电子产业主流，电子元件小型化，密集化的呼声越来越高，其工作环境愈加恶化。其中电子元器件的密集化使得其工作环境的温度越来越高，大大降低了其使用寿命和使用安全性，限制了电子产业的发展。

耐高温材料可以很好的提高电子器件的使用温度，延长其使用寿命。但是现行业研究水平和使用成本要求限制了耐高温材料的开发和使用。导热材料可以有效的传导电子元器件产生的热量，维持电子器件的工作温度，延长其使用寿命，提高其工作安全性能，且易于达到。

导热灌封胶固化前是一种流动型的液体材料，可以有效的对电子器件进行填充，从而使得导热胶与发热源充分接触，提高散热效率。这就要求在保证导热性能的前天下，尽量的降低导热灌封胶的粘度，以达到充分灌封的效果。有机硅橡胶由于优异的高低温性能和电绝缘性能，被普遍应用电子元器件的灌封和粘接。尤其是加成型硅橡胶，其反应无挥发、固化低收缩的特点得到了广大用户的青睐。但是有机硅橡胶导热率低，未添加填料的硅橡胶的导热率只有0.16W/m·K。目前市场上使用的导热灌封硅橡胶主要通过使用导热粉体填充，从而制得具有一定导热性能的导热灌封胶，如道康宁170、160，上海回天5299等。而粉体的填充往往会使粘度提高，导热粉体填充量限制了灌封胶的导热性能。而一些特殊类型的粉体，如球形粉体，虽然在填充液体材料时对液体的流动性能影响很小，但是由于其价格昂贵，大大限制了其应用推广。

目前市场上硅胶种类繁多，按照组分类别可以分为单组份硅胶和双组分硅胶。单组份硅胶主要有以缩合型湿气固化为主，以及一部分的加成型高温硫化胶。双组分则分为缩合型湿气固化硅胶和双组分加成型室温固化硅胶为主。单组份湿气硅胶储存器较短，一般为1～6个月，且操作时间较短，1个小以内硅橡胶就已经开始固化，甚至固化完全。单组份高温硫化硅胶同样储存器较短。双组分硅胶虽然储存其较长，当时操作时间一样很短。尤其是灌封胶，一般适用时间为30～240分钟，当一次性混料过多时，不可以再次利用，造成了原料的浪费。处理后，容易造成环境污染，且增加成本。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种高温固化双组分灌封硅胶及其制备方法，具有较长的固化前适用时间，以达到在施工灌封时有较好的流动性能，固化后有很好的导热性能，从而提高电子器件的可靠性和稳定性，增加其使用寿命的目的。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种高温固化双组分灌封硅胶，由A组分和B组分按100∶80～100∶125的重量比组成，所述A组分由以下重量百分比的原料组成：导热粉体45.00％～85.00％，低粘度液体硅油14.00％～50.00％，硅烷固化剂0.15％～15.00％，抑制剂0.005～0.02％，调色剂0.00～5.00％；所述的B组分由以下重量百分比的原料组成：导热材料45.00％～85.00％，低粘度液体硅油14.00％～55.00％，催化剂0.04％～1.00％，调色剂0.00～5.00％。

本发明的有益效果是：较低的粘度有利于灌封胶的流动，可以对器件的细小缝隙进行很好的填充密封；高的导热率有利于电子器件热量的散发，保证了电子器件的工作稳定性和可靠性，延长了电子器件的使用寿命；两组份质量相近的配比，有利于共混操作，混合更为均匀；较低的成本，有利于开发推广，有效延长了灌封胶的适用时间，是灌封工艺的操作时间按延长，每次混胶过多的部分在较长的时间内仍可以得到有效的利用，减少了原料浪费，降低了成本，保护了环境。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述抑制剂为炔烃氧基硅烷或多乙烯基聚硅氧烷。

采用上述进一步方案的有益效果是，可以有效的延缓硅橡胶的固化速度，延长使用时间；在施工中，避免了剩余料的浪费，可以有效的节约使用成本，减少浪费。

进一步，所述导热粉体中含有类球形氧化铝粉体，其形貌特征有别于无规的导热粉体，规整度较高，接近球形，但不是球形。

采用上述进一步方案的有益效果是，由于类球形粉体的形貌特征，增加了粉体之间的点与点的接触，减少了粉体之间面与面的接触，摩擦力小，从而可以降低灌封胶的粘度，提高其流动性能。

进一步，所述类球形氧化铝粉体的直径为0.10～60.00μm。

进一步，所述导热粉体为导热陶瓷粉体和金属粉体。

进一步，所述导热陶瓷粉体为氧化铝、氢氧化铝、氧化锌、氮化铝、氮化硼、氮化硅、碳化硅中的一种或任意几种的混合物。

进一步，所述金属导热粉体为铝粉、铜粉、银粉中的一种或任意几种的混合物。

进一步，所述导热粉体的平均粒径为0.1～60μm。

进一步，所述低粘度液体硅油为乙烯基硅油。

采用上述进一步方案的有益效果是，乙烯基硅树脂固化属于加成固化，固化过程无小分子逸出，无味无污染，耐温性能良好，可在-50℃～260℃范围内使用，无小分子迁出、无味，不会污染腐蚀器件表面。

进一步，所述乙烯基硅油的粘度范围为100～2000m Pa·s。

进一步，所述硅烷固化剂为低含氢硅油固化剂。

进一步，所述低含氢硅油固化剂的活泼氢含量为0.15％～0.75％。

采用上述进一步方案的有益效果是，通过调节固化剂种类和用量，使固化物表面具有一定自粘性，可以不需要胶黏剂直接贴附在器件表面。

进一步，所述催化剂为铂-乙烯基硅氧烷配合物。

进一步，所述铂-乙烯基硅氧烷配合物的浓度为1000～5000ppm。

采用上述进一步方案的有益效果是，通过调节催化剂的用量和浓度，可以有效的调节灌封胶的固化速度。进一步，所述调色剂为炭黑、铁红、钛白粉。

进一步，所述调色剂为炭黑、铁红、钛白粉。

采用上述进一步方案的有益效果是，将A、B两个组分调节成不同的颜色，在混胶时可以通过颜色判断A、B组份混合的均匀程度，操作方便简单。

本发明解决上述技术问题的又一技术方案如下：一种高温固化双组分导热灌封胶，包括以下步骤：

1)将以下重量百分比的导热粉体45.00％～85.00％，低粘度液体硅油14.00％～52.00％，硅烷固化剂0.15％～15.00％，抑制剂0.005％～0.02％，调色剂0.00～5.00％依次加入双行星动力混合搅拌机内，于真空度-0.08MP～-0.1MPa，自转速度为300～1000转/分钟，公转速度为5～15转/分钟的条件下机械搅拌1～2小时获得组分A；

2)将以下重量百分比的导热材料45.00％～85.00％，低粘度液体硅油14.00％～55.00％，催化剂0.04％～1.00％，调色剂0.00～5.00％依次加入双行星动力混合搅拌机内，于真空度-0.08MP～-0.1MPa，自转速度为300～1000转/分钟，公转速度为5～15转/分钟的条件下机械搅拌1～2小时获得组分B；

3)使用时，将A、B组分以100∶80～100∶125的重量比混合均匀，60～80℃加热固化2小时，即得。

具体实施方式

以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例1

准确称取粘乙烯基硅油100.00g，低含氢硅油固化剂9.98g，乙烯基硅氧烷0.02g，平均粒径为5μm氢氧化铝25.00g，平均粒径为40μm类球形氧化铝粉体55.00g，炭黑10g，依次加入双行星动力混合搅拌机内，于真空度-0.1MPa，自转速度为400转/分钟，公转速度为8转/分钟的条件下，机械搅拌1小时获得组分A，包装放置待用；乙烯基硅油108.00g，浓度为1000ppm的铂金催化剂2.00g，平均粒径为5μm的氢氧化铝30.00g，平均粒径为40μm的类球形氧化铝粉体60.00g，依次加入双行星动力混合搅拌机内，于真空度-0.1MPa，自转速度为400转/分钟，公转速度为8转/分钟的条件下，机械搅拌1小时获得组分B，包装放置待用。

使用时，将制得的A组分和B组分，以100∶80的重量配比混合均匀，于80℃固化2小时，进行聚合反应。

其中，所述乙烯基硅油的粘度为2000m Pa·s；所述低含氢硅油活泼氢含量为0.75％。

实施例2

准确称取粘乙烯基硅油79.98g，低含氢硅油固化剂30.00g，炔烃氧基硅烷0.04g，平均粒径为2μm氢氧化铝30.00g，平均粒径为60μm类球形氧化铝粉体50.00g，平均粒径为0.10μm类球形氧化铝粉体10.00g，依次加入双行星动力混合搅拌机内，于真空度-0.08MPa，自转速度为1000转/分钟，公转速度为15转/分钟的条件下，机械搅拌1小时获得组分A，包装放置待用；乙烯基硅油109.00g，浓度为5000ppm的铂金催化剂1.00g，平均粒径为2μm的氢氧化铝25.00g，平均粒径为60μm的类球形氧化铝粉体45.00g，平均粒径为0.10μm类球形氧化铝粉体10.00g，铁红10.00g，依次加入双行星动力混合搅拌机内，于真空度-0.08MPa，自转速度为1000转/分钟，公转速度为15转/分钟的条件下，机械搅拌1小时获得组分B，包装放置待用。

使用时，将制得的A组分和B组分，以100∶90的重量配比混合均匀，于70℃固化2小时，进行聚合反应。

其中，所述乙烯基硅油的粘度为1000m Pa·s；所述低含氢硅油活泼氢含量为0.15％。

实施例3

准确称取粘乙烯基硅油29.69g，低含氢硅油固化剂0.30g，炔烃氧基硅烷0.01g，平均粒径为5μm的氧化锌粉体18.00g，平均粒径为2μm类球形氧化铝粉体40.00g，平均粒径为2μm类球形铝粉体10.00g，平均粒径为25μm类球形氧化铝粉体100.00g，钛白粉2.00g，依次加入双行星动力混合搅拌机内，于真空度-0.09MPa，自转速度为300转/分钟，公转速度为5转/分钟的条件下，机械搅拌2小时获得组分A，包装放置待用；乙烯基硅油29.92g，浓度为3000ppm的铂金催化剂0.08g，平均粒径为5μm的氧化锌粉体18.00g，平均粒径为2μm类球形氧化铝粉体50.00g，平均粒径为25μm类球形氧化铝粉体100.00g，平均粒径为25μm的银粉2.00g，依次加入双行星动力混合搅拌机内，于真空度-0.09MPa，自转速度为300转/分钟，公转速度为8转/分钟的条件下，机械搅拌2小时获得组分B，包装放置待用。

使用时，将制得的A组分和B组分，以100∶100的重量配比混合均匀，于60℃固化2小时，进行聚合反应。

其中，所述乙烯基硅油的粘度为200m Pa·s；所述低含氢硅油活泼氢含量为0.50％。

实施例4

准确称取粘乙烯基硅油37.99g，低含氢硅油固化剂6.00g，多乙烯基硅氧烷：0.01g，平均粒径为5μm的类球形氮化硼粉体40.00g，平均粒径为45μm类球形氮化铝化铝粉体80.00g，平均粒径为40μm类球形铝粉36.00g，依次加入双行星动力混合搅拌机内，于真空度-0.1MPa，自转速度为400转/分钟，公转速度为8转/分钟的条件下，机械搅拌1小时获得组分A，包装放置待用；乙烯基硅油43.92g，浓度为3000ppm的铂金催化剂0.08g，平均粒径为5μm的类球形氮化硼粉体40.00g，平均粒径为45μm类球形氮化铝化铝粉体78.00g，平均粒径为40μm类球形铝粉36.00g，平均粒径为5μm的银粉2.00g，依次加入双行星动力混合搅拌机内，于真空度-0.1MPa，自转速度为400转/分钟，公转速度为8转/分钟的条件下，机械搅拌1小时获得组分B，包装放置待用。

使用时，将制得的A组分和B组分，以100∶125的重量配比混合均匀，于80℃固化2小时，进行聚合反应。

其中，所述乙烯基硅油的粘度为100m Pa·s；所述低含氢硅油活泼氢含量为0.75％。

对比实施例1

准确称取如下各种原料，乙烯基硅油84.00，低含氢硅油16.00g，平均粒径为5μm氢氧化铝30.00g，平均粒径为40μm氧化铝粉体56.00g，炭黑4.00g，依次加入捏合机中，混合搅拌均匀，获得组分A，包装放置待用；粘度为1000m Pa·s的乙烯基硅油99.68g，浓度为1000ppm铂金催化剂0.32g，平均粒径为5μm氢氧化铝30.00g，平均粒径为40μm氧化铝粉体60.00g，依次加入捏合机中，混合搅拌均匀，获得组分B，包装放置待用。

使用时，将制得的A组分和B组分，以100∶100的重量配比混合均匀，于80℃固化2小时，或者25℃固化24小时，进行聚合反应，即可。

其中，所述乙烯基硅油的粘度为1000m Pa·s；所述低含氢硅油活泼氢含量为0.25％。

对比实施例2

准确称取如下各种原料，乙烯基硅油88.00，低含氢硅油11.00g，平均粒径为5μm氢氧化铝20.00g，平均粒径为40μm氧化铝粉体272g，铁红8g，依次加入捏合机中，混合搅拌均匀，获得组分A，包装放置待用；粘度为40m Pa·s的乙烯基硅油99.42g，浓度为1000ppm铂金催化剂0.58g，平均粒径为5μm氢氧化铝20.00g，平均粒径为40μm氧化铝粉体280g，依次加入捏合机中，混合搅拌均匀，获得组分B，包装放置待用。

使用时，将制得的A组分和B组分，以100∶90的重量配比混合均匀，于80℃固化2小时，或者25℃固化24小时，进行聚合反应，即可。

其中，所述乙烯基硅油的粘度为200m Pa·s；所述低含氢硅油活泼氢含量为0.25％。

具体试验实施例

通过下面的试验测试本发明的双组分灌封硅胶的性能。

试验实施例1：粘度测试

将上述实施例1-4和对比实施例1-2获得的A组分和B组分按照标准GB/T 1690-92测试。

试验实施例2：导热系数测试

使用Hot Disk公司TPS 2500S型导热系数测定仪，按照ASTM D5470对实施例1-4和对比实施例1-2制得的样品进行导热系数测试。

试验实施例3：硬度测试

将上述实施例1-4和对比实施例1-2获得的A组分和B组分按照橡胶硬度测试标准-GB/T 6031-1998测试。

试验实施例4：击穿电压测试

使用吉林华洋HJC-50KV计算机控制电压击穿试验仪，按照ASTM D149对实施例1-4和对比实施例1-2制得的样品进行击穿电压测试。

试验实施例5：适用时间测试

将上述实施例1-4和对比实施例1-2获得的A组分和B组分按照规定比例混合后，按照标准GB/T 1690-92测试，记录粘度升高一倍的时间。测试结果如表一所示：

表一测试所得结果

从表一，可以看出，当灌封胶导热率接近时，本发明的导热灌封胶具有更低的粘度，更好的流动性能，更有利于对电子器件的灌封；当粘度接近时，具有更高的导热率和更好的导热性能，更能有效的提高电子器件的热扩散速率，可以有效的提高电子器件的可靠性和使用寿命；当基体粘度相同时，本发明可以填充更多的粉体，得到更高的导热率，且对灌封胶的其它性能，如硬度、导热率和击穿电压，影响很小；添加了抑制剂灌封胶具有更长的适用时间，可以有效减少施工中的余料浪费，节约成本。

本发明的导热绝缘灌封胶具有导热率高，流动性好的特点，而且在提高导热率和降低粘度的同时，对灌封胶的硬度和击穿电压没有太大的影响。与传统配方比，粘度更低，适用期更长，有利于灌封胶的有效填充，导热率更高，提高的器件的可靠性和使用寿命，所以非常适合于电子元器件的灌封使用。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高温固化双组分导热灌封胶，其特征在于，由A组分和B组分按100∶80～100∶125的重量比组成，所述A组分由以下重量百分比的原料组成：导热粉体45.00％～85.00％，低粘度液体硅油14.00％～50.00％，硅烷固化剂0.15％～15.00％，抑制剂0.005～0.02％，调色剂0.00～5.00％；所述的B组分由以下重量百分比的原料组成：导热材料45.00％～85.00％，低粘度液体硅油14.00％～55.00％，催化剂0.04％～1.00％，调色剂0.00～5.00％。

2.根据权利要求1所述的高温固化双组分导热灌封胶，其特征在于，所述抑制剂为炔烃氧基硅烷或多乙烯基聚硅氧烷。

3.根据权利要求1或2所述的高温固化双组分导热灌封胶，其特征在于，所述导热粉体中含有类球形粉体。

4.根据权利要求3所述的高温固化双组分导热灌封胶，其特征在于，所述类球形粉体的直径为0.10～60.00μm。

5.根据权利要求1或2所述的高温固化双组分导热灌封胶，其特征在于，所述导热粉体为导热陶瓷粉体和金属粉体。

6.根据权利要求5所述的高温固化双组分导热灌封胶，其特征在于，所述导热陶瓷粉体为氧化铝、氢氧化铝、氧化锌、氮化铝、氮化硼、氮化硅、碳化硅中的一种或任意几种的混合物，所述金属导热粉体为铝粉、铜粉、银粉中的一种或任意几种的混合物。

7.根据权利要求1或2所述的高温固化双组分导热灌封胶，其特征在于，所述导热粉体的平均粒径为0.1～60μm。

8.根据权利要求1或2所述的高温固化双组分导热灌封胶，其特征在于，所述低粘度液体硅油为乙烯基硅油，所述硅烷固化剂为低含氢硅油固化剂，所述催化剂为铂-乙烯基硅氧烷配合物，所述调色剂为炭黑、铁红、钛白粉。

9.根据权利要求8所述的高温固化双组分导热灌封胶，其特征在于，所述乙烯基硅油的粘度范围为100～2000m Pa·s，所述低含氢硅油固化剂的活泼氢含量为0.15％～0.75％，所述铂-乙烯基硅氧烷配合物的浓度为1000～5000ppm。

10.根据权利要求1至9任一项所述的高温固化双组分导热灌封胶，其特征在于，包括以下步骤：

1)将以下重量百分比的导热粉体45.00％～85.00％，低粘度液体硅油14.00％～52.00％，硅烷固化剂0.15％～15.00％，抑制剂0.005％～0.02％，调色剂0.00～5.00％依次加入双行星动力混合搅拌机内，于真空度-0.08MP～-0.1MPa，自转速度为300～1000转/分钟，公转速度为5～15转/分钟的条件下机械搅拌1～2小时获得组分A；

2)将以下重量百分比的导热材料45.00％～85.00％，低粘度液体硅油14.00％～55.00％，催化剂0.04％～1.00％，调色剂0.00～5.00％依次加入双行星动力混合搅拌机内，于真空度-0.08MP～-0.1MPa，自转速度为300～1000转/分钟，公转速度为5～15转/分钟的条件下机械搅拌1～2小时获得组分B；

3)使用时，将A、B组分以100∶80～100∶125的重量比混合均匀，60～80℃加热固化2小时，即得。