CN102876044A - 一种磁性金属粉/硅橡胶导热复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁性金属粉/硅橡胶导热复合材料及其制备方法，以廉价的微米级磁性金属粉为填料，双组份液体硅橡胶为载体，在磁场下制备得到磁性金属粉填充的导热硅橡胶复合材料，该方法的步骤为：将经过偶联剂处理的磁性金属粉加入到双组份液体硅橡胶的A组份中充分搅拌搅拌5~10h使其混合均匀；加入B组份混合均匀；将混合均匀的液体混合物注入到施加了磁场的模具中室温固化20~25h，干燥后得成品。本发明在外加磁场作用下使磁性金属粉在硅橡胶基体内形成有效的导热链，从而得到导热性能各向异性的磁性金属粉/硅橡胶高导热复合材料，其导热系数在磁性金属粉取向方向上比未加磁场制备得到的复合材料提高20%左右。

Description

一种磁性金属粉/硅橡胶导热复合材料及其制备方法

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，涉及一种导热高分子复合材料，尤其涉及一种磁性金属粉/硅橡胶导热复合材料及其制备方法。

背景技术

热一直是电子元件和集成电路如影随形且无法避免的问题，也是影响电子元件或系统可靠性与稳定性的重要因素。根据统计，由热所产生的损坏占电子元件故障因素的一半以上。温度过高除了会造成半导体元件损毁，也会造成电子元件可靠性降低及运作性能下降。因此，电子产品的散热问题成为相关产品的技术瓶颈与不可或缺的一环。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。

硅橡胶是一种特种合成橡胶，以硅氧键为主链，而一般的橡胶是以碳碳键为主链的结构。由于其结构的特殊性决定了它具有耐高温、耐低温、耐高电压、耐臭氧老化、耐辐射性、耐侯、生理惰性、高透气性、以及对润滑油等介质表现出优异的化学惰性。此外，使用温度范围(-50℃~300℃)宽广，弹性好、耐漏电起痕与电蚀损性能好，尤其是在其表面积污后仍具有良好的憎水性等特点。但是未填充的硅橡胶导热性能很差，导热率一般只有0.165W/(m.k)，通过填充导热填料可提高其导热性能。

目前对于填充型高导热硅橡胶的研究较多，有些硅橡胶复合材料热导率也确实提高不少，但是在这些研究中，只有当填料的填充分数很高时才能显著提高复合材料的热导率。而大量填料的填充必然使聚合物的加工性能如体系黏度、机械性能等降低，这也就限制了导热复合材料的应用。因此，在提高聚合物基复合材料热导率的同时，保持基体树脂的其他优异性能就成为高导热聚合物基复合材料研究中一个亟待解决的问题。相关文献中提到使连续碳纳米管在硅胶中定向排列，制备的复合材料导热率比随机排列的碳纳米管的有效导热率提高了一倍。因此如何使体系中形成与热流方向平行的导热网链是提高导热性能的关键之一。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种磁性金属粉/硅橡胶导热复合材料及其制备方法，制备过程中利用磁场诱导磁性金属粉在硅橡胶基体中形成有效的导热链，从而得到导热性能各向异性的高导热硅橡胶复合材料。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明提供了一种磁性金属粉填充硅橡胶导热复合材料，其原料的组成及质量份数如下：

其中，双组份液体硅橡胶是现有的一类产品，A组份为未交联硫化的粘稠状硅橡胶流体，B组份为硫化剂、交联剂和增粘剂等组成的液体混合物。

所述的双组份液体硅橡胶为室温固化型。

所述的磁性金属粉为铁、镍、钴粉中一种或二种以上的混合粉。

所述的磁性金属粉的粒径为0.5μm~30μm。

所述的硅烷偶联剂为氨基系列、烷基系列、乙烯基系列、含硫硅烷系列。

本发明还提供了一种制备上述磁性金属粉填充硅橡胶导热复合材料的方法，包括以下步骤：

1、磁性金属粉的处理：称取经过干燥后的磁性金属粉，加入硅烷偶联剂的无水乙醇溶液中，常温下超声振荡，然后干燥去除乙醇；

2、将经过处理的磁性金属粉加入到双组份液体硅橡胶A组份中，搅拌5~10h；

3、在步骤2所得的混合液中加入适量双组份液体硅橡胶B组份，快速搅拌使其混合均匀；

4、将步骤3所得的混合液注入到施加了磁场的模具中室温固化20~25h，干燥后得磁性金属粉/硅橡胶导热复合材料。

本发明制得的磁性金属粉/硅橡胶导热复合材料，通过施加外加磁场可以使磁性金属粉在硅橡胶基体中规则排列成有效的导热链，使填料在低填充含量不影响材料的力学性能下而大幅提高复合材料的导热性能，其导热系数在磁性金属粉取向方向上比未加磁场制备得到的复合材料提高20%左右。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的有关本发明的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例1中制备的镍粉/硅橡胶导热复合材料的光学显微镜图。

具体实施方式

本发明公开了一种磁性金属粉填充硅橡胶导热复合材料，其原料的组成及质量份数如下：

其中，双组份液体硅橡胶为现有技术中常规的一类产品，由A、B两组份组成，A组份为未交联硫化的粘稠状硅橡胶流体，B组份为硫化剂、交联剂和增粘剂等组成的液体混合物，具体规格会因为厂家和牌号的不同而有所区别。

双组份液体硅橡胶具有更快的整体固化速度，固化时不放热，收缩率很小，不膨胀，无内应力，固化可在内部和表面同时进行，可以深部硫化；固化后的硅橡胶具有优良的抗高低温变化和抗紫外线、抗老化性能；另外还具有优异的粘接性，因而能起到更好密封性，有效地防潮、防水；还可在﹣60℃～+250℃下长期使用。

所述的双组份液体硅橡胶为室温固化型。

所述的磁性金属粉为铁、镍、钴粉中一种或二种以上的混合粉。

所述的磁性金属粉的粒径为0.5μm~30μm。

所述的硅烷偶联剂为氨基系列、烷基系列、乙烯基系列、含硫硅烷系列。

本发明还公开了一种制备上述磁性金属粉填充硅橡胶导热复合材料的方法，包括以下步骤：

1、磁性金属粉的处理：称取经过干燥后的磁性金属粉，加入硅烷偶联剂的无水乙醇溶液中，常温下超声振荡，然后干燥去除乙醇；

2、将经过处理的磁性金属粉加入到双组份液体硅橡胶A组份中，搅拌5~10h；

3、在步骤2所得的混合液中加入适量双组份液体硅橡胶B组份，快速搅拌使其混合均匀；

4、将步骤3所得的混合液注入到施加了磁场的模具中室温固化20~25h，干燥后得磁性金属粉/硅橡胶导热复合材料。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行详细的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

称取4质量份的平均粒径为2μm的镍粉，加入2质量份的γ-氨丙基三乙氧基硅烷的无水乙醇溶液中，常温下超声振荡，然后干燥去除乙醇，得到经偶联剂处理的镍粉。

将此镍粉加入到双组份液体硅橡胶A组份中，搅拌5~10h使镍粉在A组份中均匀分散。

在上述混合液中加入5质量份的双组份液体硅橡胶的B组份，快速搅拌使其混合均匀。

将此混合液注入到施加了磁场的模具中室温固化20~25h，干燥后得镍粉/硅橡胶导热复合材料。

图1为本实施例中制备的镍粉/硅橡胶复合材料的光学显微镜图，从图中可以看出镍粉在硅橡胶基体中规则排列成有效的导热链。

实施例2

称取8质量份的平均粒径为2μm的铁粉，加入2质量份的γ-巯丙基三乙氧基硅烷的无水乙醇溶液中，常温下超声振荡，然后干燥去除乙醇，得到经偶联剂处理的铁粉。

将此铁粉加入到双组份液体硅橡胶A组份中，搅拌5~10h使铁粉在A组份中均匀分散。

在上述混合液中加入5质量份的双组份液体硅橡胶的B组份，快速搅拌使其混合均匀。

将此混合液注入到施加了磁场的模具中室温固化20~25h，干燥后得铁粉/硅橡胶导热复合材料。

实施例3

称取16质量份的平均粒径为2μm的钴粉，加入2质量份的γ-氨丙基三乙氧基硅烷的无水乙醇溶液中，常温下超声振荡，然后干燥去除乙醇，得到经偶联剂处理的钴粉。

将此钴粉加入到双组份液体硅橡胶A组份中，搅拌5~10h使钴粉在A组份中均匀分散。

在上述混合液中加入5质量份的双组份液体硅橡胶的B组份，快速搅拌使其混合均匀。

将此混合液注入到施加了磁场的模具中室温固化20~25h，干燥后得钴粉/硅橡胶导热复合材料。

实施例4

称取10质量份的平均粒径为2μm的铁和镍混合粉，加入2质量份的γ-巯丙基三乙氧基硅烷的无水乙醇溶液中，常温下超声振荡，然后干燥去除乙醇，得到经偶联剂处理的铁和镍混合粉。

将此铁和镍混合粉加入到双组份液体硅橡胶A组份中，搅拌5~10h使其在A组份中均匀分散。

在上述混合液中加入10质量份的双组份液体硅橡胶的B组份，快速搅拌使其混合均匀。

将此混合液注入到施加了磁场的模具中室温固化20~25h，干燥后得铁镍混合粉/硅橡胶导热复合材料。

本发明制得的磁性金属粉/硅橡胶导热复合材料，通过施加外加磁场可以使磁性金属粉在硅橡胶基体中规则排列成有效的导热链，使填料在低填充含量不影响材料的力学性能下而大幅提高复合材料的导热性能，其导热系数在磁性金属粉取向方向上比未加磁场制备得到的复合材料提高20%左右。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (6)

1.一种磁性金属粉/硅橡胶导热复合材料，其特征在于，主要由下述成份及质量份数的原料组成：

其中，双组份液体硅橡胶A组份为未交联硫化的粘稠状硅橡胶流体，B组份为硫化剂、交联剂和增粘剂等组成的液体混合物。

2.根据权利要求1所述的磁性金属粉/硅橡胶导热复合材料，其特征在于：所述的双组份液体硅橡胶为室温固化型。

3.根据权利要求1所述的磁性金属粉/硅橡胶导热复合材料，其特征在于：所述的磁性金属粉为铁、镍、钴粉中一种或二种以上的混合粉。

4.根据权利要求1所述的磁性金属粉/硅橡胶导热复合材料，其特征在于：所述的磁性金属粉的粒径为0.5μm~30μm。

5.根据权利要求1所述的磁性金属粉/硅橡胶导热复合材料，其特征在于：所述的硅烷偶联剂为氨基系列、烷基系列、乙烯基系列、含硫硅烷系列。

6.一种制备权利要求1~5任一项所述的磁性金属粉/硅橡胶导热复合材料的方法，其特征在于，包括下述步骤：

a、称取经过干燥后的磁性金属粉，加入硅烷偶联剂的无水乙醇溶液中，常温下超声振荡，然后干燥去除乙醇；

b、将经过处理的磁性金属粉加入到双组份液体硅橡胶A组份中，搅拌5~10h；

c、在步骤b所得的混合液中加入适量双组份液体硅橡胶B组份，快速搅拌使其混合均匀；

d、将步骤c所得的混合液注入到施加了磁场的模具中室温固化20~25h，干燥后得磁性金属粉/硅橡胶导热复合材料。

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