CN102139546A - 玻璃纤维增强型导热绝缘硅橡胶复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种玻璃纤维增强型导热绝缘硅橡胶复合材料及其制备方法。此种材料由两层导热绝缘硅橡胶层与之间的玻璃纤维布复合组成，其中导热绝缘硅橡胶层由硅橡胶、导热粉、表面亲和剂和交联剂组成。本发明的制备过程：首先将硅橡胶与导热粉、表面亲和剂和交联剂在双辊炼胶机混合均匀，得到导热绝缘硅橡胶；然后将导热绝缘硅橡胶压为厚度为0.1～0.15mm的薄层，在两薄层之间加入玻璃纤维布，再经压制成型得到玻璃纤维增强型导热绝缘硅橡胶复合材料。本发明的制备方法简单，制备成本较低，制得材料具有良好的传热、散热以及抗撕裂能力，直接用作电器材料电子器件与散热器之间的隔离件，可降低电子器件运行温度，提高器件寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种玻璃纤维增强型导热绝缘硅橡胶复合材料及其制备方法，属于导热绝缘材料技术。
背景技术
目前电子产品的电路设计越来越复杂，呈密集化、小型化趋势。这些电子电器设备会产生大量热量，这些热量若不能及时排出，积聚到一定程度势必会对电子电器的元器件及设备本身造成损害。所以必须将其产生的多余热量及时、有效地传递到周围环境中去。在散热工业中传统的金属材料，因其制品的几何形状受到很大限制，并且此种散热装置与电子元件表面存在一定间隙，从而越来越容易地被一些热界面材料替代。
导热橡胶是侧重导热性能的一类橡胶基复合材料，多以硅橡胶为基体，具有弹性好、电绝缘性好、低压易变形及密封性好等特点，将其用于元器件散热时能有效填充界面间的空隙，驱除冷热界面间的空气，可将散热器功效提高40％左右。因此，研究具有高导热性的导热橡胶对电子电器设备的小型化、密集化以及提高其精度、寿命都有着重要意义。
未填充的硅橡胶导热性能很差，而一些无机物如氧化铝等具有比硅橡胶高很多的导热系数，通过填充导热粉可使硅橡胶的导热性能大幅度提高。并且从架桥观点来看，混合填充可以使小粒径与大粒径导热粒子形成比较紧密的堆积，有利于形成更有效的导热网络。
另外以玻璃纤维布为增强材料，理论上增强型硅橡胶传热性会提高，表面更易发生形变，能比较充分地接触到功率元器件和散热器的间隙。并且，玻璃纤维布还赋予橡胶优异的抗切割性能以及抗撕裂性能。
目前通常的导热硅橡胶复合材料所用的导热填料大多是气相法制备的白炭黑，之外还有氧化铝、碳化硅、氮化硼等，使用上述导热粉体成本相对较高，且制得的导热硅橡胶导热系数没有很好的提高，综合性能相对较差。
发明内容
本发明的目的是提供一种玻璃纤维增强型导热绝缘硅橡胶复合材料的制备方法。该方法过程简单，制备成本较低、所制得的玻璃纤维增强型导热绝缘硅橡胶复合材料导热绝缘性能较好。
本发明的目的可由如下技术方案加以实现的：一种玻璃纤维增强型导热绝缘硅橡胶复合材料，所述的玻璃纤维增强型导热绝缘硅橡胶复合材料由每层厚度为0.1mm～0.15mm的两层导热绝缘硅橡胶层与之间的玻璃纤维布复合组成，其特征在于，导热绝缘硅橡胶层的组分及其质量份数为：
甲基乙烯基硅橡胶：100份；
导热粉：粒径为0.5μm～40μm的氧化铝、氮化铝和铝粉中的一种、两种或三种：150～300份；
乙烯基三乙氧基硅烷表面亲和剂：3～6份；
2、5-二甲基-2、5-二叔丁基过氧化己烷交联剂：0.5～1份。
上述玻璃纤维增强型导热绝缘硅橡胶复合材料的制备方法，其特征在于包括以下过程：
a、按照甲基乙烯基硅橡胶与导热粉、乙烯基三乙氧基硅烷和2、5-二甲基-2、5-二叔丁基过氧化己烷的质量份数比即100∶(150～300)∶(3～6)∶(0.5～1)，分别称取原料，然后将称取的导热粉在105～115℃下干燥1～2h。
b、将称取的甲基乙烯基硅橡胶置于双辊炼胶机中，在温度20℃～40℃、辊速18～24转/分钟、两辊间距0.4mm～1mm条件下，首先塑炼5～6min，使甲基乙烯基硅橡胶包辊，再同时向双辊炼胶机中加入干燥的导热粉和称取的乙烯基三乙氧基硅烷，持续切片反复混炼20～25min，再向双辊炼胶机中加入称取的2、5-二甲基-2、5-二叔丁基过氧化己烷，持续切片反复混炼10～15min，得到导热绝缘硅橡胶。
c、将步骤b得到的导热绝缘硅橡胶以30～40MPa压力压为厚度为0.1～0.15mm的导热绝缘硅橡胶层，再将玻璃纤维布放在两层导热绝缘硅橡胶层之间，在压力3～4MPa下压制成型得到玻璃纤维增强型导热绝缘硅橡胶复合材料。
本发明的优点在于，与现有技术相比，本发明的玻璃纤维增强型导热绝缘硅橡胶复合材料制备过程简单，成本低，另外以玻璃纤维布作为增强材料，使得本发明的复合材料具有良好的抗穿透、抗撕裂性能。所制得的玻璃纤维增强型导热绝缘硅橡胶复合材料的导热系数达到0.81～1.2W/(m·K)，击穿电压达到10200～30000V，拉伸强度达到10.398～12MPa，该复合材料可用作功率电源、汽车、发电机上的电子器件与散热器之间的隔离件，这样的隔离件可以填满两者间不平整的表面，从而降低热阻，加速能量传递。
具体实施方式
实施例1：
称取250g平均粒径为30μm的氧化铝和50g平均粒径为0.5μm的氮化铝放在真空干燥箱中，于110℃下烘料1.5h；将100g甲基乙烯基硅橡胶置于双辊炼胶机中，在温度28℃、辊速18转/分钟和两辊间距0.6mm条件下塑炼5min，至甲基乙烯基硅橡胶包辊，且两辊中间有堆积；将干燥的氧化铝和氮化铝及6g的乙烯基三乙氧基硅烷加入到双辊炼胶机中，在辊转动的同时，不断的用铲刀切割包裹在辊上的胶料使所加入的导热粉、表面亲和剂和甲基乙烯基硅橡胶混合均匀，混炼30min后，再向双辊炼胶机中加入0.5g的2、5-二甲基-2、5-二叔丁基过氧化己烷，并在辊转动的同时，不断的用铲刀切割包裹在辊上的胶料使所加入的交联剂与胶料混合均匀，持续混炼18min得到导热绝缘硅橡胶；取两份每份2g的导热绝缘硅橡胶，分别在压力成型机中于36MPa压力下压成厚度为0.12mm的导热绝缘硅橡胶层，再将玻璃纤维布放在两层导热绝缘硅橡胶层中间，在3MPa压力下压制成型得到玻璃纤维增强型导热绝缘硅橡胶复合材料。
将所得玻璃纤维增强型导热绝缘硅橡胶复合材料在平板硫化机中于温度175℃、压力10MPa下一段硫化9min，然后在电热鼓风干燥烘箱中于温度200℃下二段硫化4h，得到性能测试样品。所得玻璃纤维增强型导热绝缘硅橡胶复合材料的厚度为0.25mm，经DRL-Ⅱ导热系数测试仪测得该材料的导热系数为0.81W/(m·K)，根据ATSM-D 374-1999标准测得该材料的击穿电压为20000V，经M350万能材料试验机测得该材料的拉伸强度为10.398MPa。
实施例2：
称取135g平均粒径为30μm的氧化铝、25g平均粒径为0.5μm的氮化铝和40g平均粒径为40μm的铝粉放在真空干燥箱中，于110℃下烘料1.5h；将100g甲基乙烯基硅橡胶置于双辊炼胶机中，在温度28℃、辊速18转/分钟和两辊间距0.4mm条件下塑炼5min，至甲基乙烯基硅橡胶包辊，且两辊中间有堆积；将干燥的氧化铝、氮化铝和铝粉及4g的乙烯基三乙氧基硅烷加入到双辊炼胶机中，在辊转动的同时，不断的用铲刀切割包裹在辊上的胶料使所加入的导热粉、表面亲和剂和甲基乙烯基硅橡胶混合均匀，混炼25min后，再向双辊炼胶机中加入0.8g的2、5-二甲基-2、5-二叔丁基过氧化己烷，并在辊转动的同时，不断的用铲刀切割包裹在辊上的胶料使所加入的交联剂与胶料混合均匀，持续混炼15min得到导热绝缘硅橡胶；取两份每份2g的导热绝缘硅橡胶，分别在压力成型机中于40MPa压力下压成厚度为0.11mm的导热绝缘硅橡胶层，再将玻璃纤维布放在两层导热绝缘硅橡胶层中间，在3MPa压力下压制成型得到玻璃纤维增强型导热绝缘硅橡胶复合材料。
将所得玻璃纤维增强型导热绝缘硅橡胶复合材料在平板硫化机中于温度175℃、压力10MPa下一段硫化9min，然后在电热鼓风干燥烘箱中于温度200℃下二段硫化4h，得到性能测试样品。所得玻璃纤维增强型导热绝缘硅橡胶复合材料的厚度为0.23mm，经DRL-Ⅱ导热系数测试仪测得该材料的导热系数为0.89W/(m·K)，根据ATSM-D 374-1999标准测得该材料的击穿电压为15000V，经M350万能材料试验机测得该材料的拉伸强度为10.971MPa。
实施例3：
称取140g平均粒径为0.5μm的氧化铝和60g平均粒径为40μm的铝粉放在真空干燥箱中，于115℃下烘料1h；将100g甲基乙烯基硅橡胶置于双辊炼胶机中，在温度25℃、辊速18转/分钟和两辊间距0.4mm条件下塑炼5min，至甲基乙烯基硅橡胶包辊，且两辊中间有堆积；将干燥的氧化铝和铝粉及4g的乙烯基三乙氧基硅烷加入到双辊炼胶机中，在辊转动的同时，不断的用铲刀切割包裹在辊上的胶料使所加入的导热粉、表面亲和剂和甲基乙烯基硅橡胶混合均匀，混炼27min后，再向双辊炼胶机中加入0.5g的2、5-二甲基-2、5-二叔丁基过氧化己烷，并在辊转动的同时，不断的用铲刀切割包裹在辊上的胶料使所加入的交联剂与胶料混合均匀，持续混炼16min得到导热绝缘硅橡胶；取两份每份2g的导热绝缘硅橡胶，分别在压力成型机中于35MPa压力下压成厚度为0.13mm的导热绝缘硅橡胶层，再将玻璃纤维布放在两层导热绝缘硅橡胶层中间，在3MPa压力下压制成型得到玻璃纤维增强型导热绝缘硅橡胶复合材料。
将所得玻璃纤维增强型导热绝缘硅橡胶复合材料在平板硫化机中于温度175℃、压力10MPa下一段硫化9min，然后在电热鼓风干燥烘箱中于温度200℃下二段硫化4h，得到性能测试样品。所得玻璃纤维增强型导热绝缘硅橡胶复合材料的厚度为0.27mm，经DRL-Ⅱ导热系数测试仪测得该材料的导热系数为1.09W/(m·K)，根据ATSM-D 374-1999标准测得该材料的击穿电压为10200V，经M350万能材料试验机测得该材料的拉伸强度为10819MPa。
Claims (2)
1.一种玻璃纤维增强型导热绝缘硅橡胶复合材料，所述的玻璃纤维增强型导热绝缘硅橡胶复合材料由每层厚度为0.1mm～0.15mm的两层导热绝缘硅橡胶层与之间的玻璃纤维布复合组成，其特征在于，导热绝缘硅橡胶层的组分及其质量份数为：
甲基乙烯基硅橡胶：100份；
导热粉：粒径为0.5μm～40μm的氧化铝、氮化铝和铝粉中的一种、两种或三种，150～300份；
乙烯基三乙氧基硅烷表面亲和剂：3～6份；
2、5-二甲基-2、5-二叔丁基过氧化己烷交联剂：0.5～1份。
2.一种制备权利要求1所述的玻璃纤维增强型导热绝缘硅橡胶复合材料的方法，其特征在于包括以下过程：
a、按照甲基乙烯基硅橡胶与导热粉、乙烯基三乙氧基硅烷和2、5-二甲基-2、5-二叔丁基过氧化己烷的质量份数比即100∶(150～300)∶(3～6)∶(0.5～1)，分别称取原料，然后将称取的导热粉在105～115℃下干燥1～2h；
b、将称取的甲基乙烯基硅橡胶置于双辊炼胶机中，在温度20℃～40℃、辊速18～24转/分钟、两辊间距0.4mm～1mm条件下，首先塑炼5～6min，使甲基乙烯基硅橡胶包辊，再同时向双辊炼胶机中加入干燥的导热粉和乙烯基三乙氧基硅烷，持续切片反复混炼20～25min，再向双辊炼胶机中加入称取的2、5-二甲基-2、5-二叔丁基过氧化己烷，持续切片反复混炼10～15min，得到导热绝缘硅橡胶；
c、将步骤b得到的导热绝缘硅橡胶以30～40MPa压力压成厚度为0.1～0.15mm的导热绝缘硅橡胶层，再将玻璃纤维布放在两层导热绝缘硅橡胶层之间，在压力3～4MPa下压制成型得到玻璃纤维增强型导热绝缘硅橡胶复合材料。
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