CN102220006A - 混合填充型导热硅橡胶复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混合填充型导热硅橡胶复合材料的制备方法。其原料的质量份组成为：硅橡胶生胶100，白炭黑10，羟基硅油1～3，导热填料100～200，硅烷偶联剂2-4，双-2，5硫化剂2。将硅橡胶生胶加到双辊开炼机上，包辊后按照配方设计加入白炭黑、导热填料、硅烷偶联剂和羟基硅油，反复混炼均匀后加入过氧化物硫化剂，再混炼均匀，即得硅橡胶混炼胶，然后放入模具中，冷压充模后进行一段硫化，成型后的样品放在鼓风干燥箱中进行二段硫化得成品。本发明采用SiC和AlN混合粒子填充高温硫化硅橡胶，在硅橡胶基体内形成有效的导热网链，从而得到导热性能良好的导热硅橡胶复合材料。

Description

混合填充型导热硅橡胶复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种高导热复合材料的制备方法，具体地说是采用两种不同种类的填料对硅橡胶生胶进行混合填充，从而获得一种高导热硅橡胶复合材料的制备方法，属于导热高分子复合材料技术领域。

背景技术

用无机填料对聚合物填充得到的材料有较好的导热性能，且价格低廉、易加工成型，经过适当工艺处理可以应用于某些特殊领域，近年来得到了广泛重视和研究。其中，导热绝缘橡胶在电子电器元器件领域有着不可替代的作用，用于密封、减震和散热，顺应了电子产品微型化发展的趋势。目前国内外生产和销售导热硅橡胶的公司很多，产品的热导率一般都可达到0.5W/(m·K)以上，使用温度范围为-50～250℃，体积电阻率≥1.0×10¹³Ω·cm，基本能满足大功率电子器件的灌封要求。但国内产品在耐老化性、耐高温性、散热性等方面与国外产品仍然存在一定的差距，所用产品多为进口。

对填充型导热高分子，热导率取决于高分子和导热填料之间的作用。分散于树脂中的导热填料，有粒状、片状、球形、纤维等形状。填料用量较小时，填料虽均匀分散于树脂中，但彼此间未能形成相互接触和相互作用，导热性提高不大；填料用量提高到某一临界值时，填料间形成接触和相互作用，体系内形成了类似网状或链状结构形态，即形成导热网链。因此，为获得高导热高分子材料，在体系内部最大程度上形成热流方向上的导热网链，有效地强化传热是提高材料热导率的核心所在。

要提高导热硅橡胶的热导率，可通过以下几个途径实现，包括对填料进行表面处理，采用新型的高导热填料，改善加工工艺以及将不同的填料混合填充等。赵红振等采用20μm、3μm、0.5μm三种不同粒径的Al₂O₃混合填充硅橡胶，发现当配比为15∶30∶10时，热导率可达到1.23W/(m·K)，大于单一粒径填充时的热导率。这是因为不同粒径的粒子堆积时比单一粒子的堆积更紧密，相互接触点更多，可形成更好的导热通路，参见赵红振，齐暑华，周文英，氧化铝粒子对导热硅橡胶性能的影响，特种橡胶制品，2007；28(5)：19-21。

发明内容

本发明的目的是提供一种混合填充型导热硅橡胶复合材料及其制备方法，通过采用不同粒径的SiC和AlN粉体混合填充，得到了导热性能优异的导热硅橡胶复合材料，可以解决现有导热硅橡胶材料的导热系数普遍较小的问题。

本发明提供的混合填充型导热硅橡胶复合材料，其原料的质量份组成：

所述硅橡胶是甲基乙烯基硅橡胶生胶，其中，乙烯基摩尔分数为0.07％～1.1％。

所述硅烷偶联剂是γ-氨丙基三乙氧基硅烷或乙烯基三乙氧基硅烷。

所述白炭黑是沉淀法白炭黑。

所述硫化剂是2，5-二甲基-2，5-二叔丁基过氧化己烷。

所述导热填料是SiC和AlN的混合粉体，SiC和AlN的质量比为3∶1～5∶1；其中SiC粉体的平均粒径是10～50μm，AlN粉体的平均粒径是1～5μm。

所述混合填充型导热硅橡胶复合材料的导热系数为2-4W/(m·K)。

本发明提供的混合填充型导热硅橡胶复合材料的制备工艺包括如下步骤：

1)将100质量份的甲基乙烯基硅橡胶生胶加到双辊开炼机的辊筒上，包辊后先加入10质量份的沉淀法白炭黑，然后加入1～3质量份的羟基硅油，接着加入100～200质量份的填料和占填料质量2％的硅烷偶联剂，反复混炼至均匀，最后加入2质量份的双-2，5硫化剂，继续混炼均匀，即得硅橡胶混炼胶；

2)将混炼好的硅橡胶放入模具中，冷压充模后，将模具置于平板硫化机上进行一段硫化，硫化温度为160℃±5℃，压力为10MPa±2MPa，硫化时间为10～15min，采用模压法硫化成型；

3)一段硫化成型后放在鼓风干燥箱中进行二段硫化，硫化温度为200℃，保温时间为2h，之后取出，即得导热硅橡胶复合材料。

与现有技术相比，本发明采用两种不同种类且粒径也不相同的导热填料对硅橡胶生胶进行混合填充，大小粒径的粉体比单一粒子在橡胶基体内堆积更紧密，更易形成有效的导热通路，从而提高导热性能。另外，不同种类的填料混合填充也对复合材料的导热性能的改善起到了协同作用，可获得比单一填充方式更高的导热系数。

具体实施方式

下面参照实施对本发明进行说明。

实施例1：

将100质量份乙烯基摩尔分数为0.13％～0.22％的甲基乙烯基硅橡胶生胶加到双辊开炼机的辊筒上，包辊后先加入10质量份的沉淀法白炭黑，然后加入2质量份的羟基硅油，接着加入100质量份的填料和约占填料质量2％的γ-氨丙基三乙氧基硅烷，导热填料是SiC和AlN的混合粉体，其中SiC粉体的平均粒径是10μm，AlN粉体的平均粒径是1μm，SiC和AlN的质量比为3∶1。反复混炼至均匀，最后加入2质量份的双-2，5硫化剂，继续混炼均匀，即得硅橡胶混炼胶。

将混炼好的硅橡胶放入模具中，冷压充模后，将模具置于平板硫化机上进行一段硫化，硫化温度为160℃，压力为10MPa，硫化时间为12min，采用模压法硫化成型；

一段硫化成型后放在鼓风干燥箱中进行二段硫化，硫化温度为200℃，保温时间为2h，之后取出，即得导热硅橡胶复合材料。

利用PPMS-9T型物理性能测试系统对所制备导热硅橡胶进行导热系数测定，测得导热系数为2.2W/(m·K)。

实施例2：

将100质量份乙烯基摩尔分数为0.13％～0.22％的甲基乙烯基硅橡胶生胶加到双辊开炼机的辊筒上，包辊后先加入10质量份的沉淀法白炭黑，然后加入2质量份的羟基硅油，接着加入200质量份的填料和约占填料质量2％的γ-氨丙基三乙氧基硅烷，导热填料是SiC和AlN的混合粉体，其中SiC粉体的平均粒径是10μm，AlN粉体的平均粒径是1μm，SiC和AlN的质量比为3∶1。反复混炼至均匀，最后加入2质量份的双-2，5硫化剂，继续混炼均匀，即得硅橡胶混炼胶；

将混炼好的硅橡胶放入模具中，冷压充模后，将模具置于平板硫化机上进行一段硫化，硫化温度为163℃，压力为10MPa，硫化时间为12min，采用模压法硫化成型；

一段硫化成型后放在鼓风干燥箱中进行二段硫化，硫化温度为200℃，保温时间为2h，之后取出，即得导热硅橡胶复合材料。

利用PPMS-9T型物理性能测试系统对所制备导热硅橡胶进行导热系数测定，测得导热系数为3.5W/(m·K)。

实施例3：

将100质量份乙烯基摩尔分数为0.13％～0.22％的甲基乙烯基硅橡胶尘胶加到双辊开炼机的辊筒上，包辊后先加入10质量份的沉淀法白炭黑，然后加入2质量份的羟基硅油，接着加入200质量份的填料和约占填料质量2％的乙烯基三乙氧基硅烷，导热填料是SiC和AlN的混合粉体，其中SiC粉体的平均粒径是10μm，AlN粉体的平均粒径是1μm，SiC和AlN的质量比为3∶1。反复混炼至均匀，最后加入2质量份的双-2，5硫化剂，继续混炼均匀，即得硅橡胶混炼胶；

将混炼好的硅橡胶放入模具中，冷压充模后，将模具置于平板硫化机上进行一段硫化，硫化温度为162℃，压力为10MPa，硫化时间为12min，采用模压法硫化成型；

一段硫化成型后放在鼓风干燥箱中进行二段硫化，硫化温度为200℃，保温时间为2h，之后取出，即得导热硅橡胶复合材料。

利用PPMS-9T型物理性能测试系统对所制备导热硅橡胶进行导热系数测定，测得导热系数为3.6W/(m·K)。

Claims (9)

1.一种混合填充型导热硅橡胶复合材料，其特征在于它的原料的质量份组成：

2.如权利要求1所述的复合材料，其特征在于所述的硅橡胶生胶是甲基乙烯基硅橡胶，其中，乙烯基摩尔分数为0.07％～1.1％。

3.如权利要求1所述的复合材料，其特征在于所述的硅烷偶联剂是γ-氨丙基三乙氧基硅烷或乙烯基三乙氧基硅烷。

4.如权利要求1所述的复合材料，其特征在于所述的白炭黑是沉淀法白炭黑。

5.如权利要求1所述的复合材料，其特征在于所述的硫化剂是2，5-二甲基-2，5-二叔丁基过氧化己烷。

6.如权利要求1所述的复合材料，其特征在于所述的导热填料是SiC和AlN的混合粉体，SiC和AlN的质量比为3∶1～5∶1。

7.如权利要求6所述的复合材料，其特征在于所述的SiC粉体的平均粒径是10～50μm，AlN粉体的平均粒径是1～5μm。

8.如权利要求1所述的复合材料，其特征在于该混合填充型导热硅橡胶复合材料的导热系数为2～4W/(m·K)。

9.一种混合填充型导热硅橡胶复合材料的制备工艺，其特征在于包括如下步骤：

1)将100质量份的硅橡胶生胶加到双辊开炼机的辊筒上，包辊后先加入10质量份的白炭黑，然后加入1～3质量份的羟基硅油，接着加入100～200质量份的导热填料和占填料质量2％的硅烷偶联剂，反复混炼至均匀，最后加入2质量份的双-2，5硫化剂，继续混炼均匀，即得硅橡胶混炼胶；

2)将混炼好的硅橡胶放入模具中，冷压充模后，将模具置于平板硫化机上进行一段硫化，硫化温度为160℃+5℃，压力为10MPa±2MPa，硫化时间为10～15min，采用模压法硫化成型；

3)一段硫化成型后放在鼓风干燥箱中进行二段硫化，硫化温度为200℃，保温时间为2h，之后取出，即得导热硅橡胶复合材料。