CN102924924A - 一种膏体导热硅脂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种膏体导热硅脂及其制备方法。所述导热硅脂按重量份数包括：甲基硅油100份、导热填料400~1000份、偶联剂40~200份。本发明通过选择合适量的偶联剂对导热填料进行表面改性，增强了导热填料与甲基硅油的相容性，提高了导热填料在甲基硅油中的分散性能，使得导热硅脂的导热性能大幅度提高，导热系数可达3.0W/m·k，甚至4.0W/m·k，具有较少的渗油、优异的耐热性能和抗滑落性能，非常适用于电器元件和电子元件的散热材料。

Description

一种膏体导热硅脂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种膏体导热硅脂及其制备方法。

背景技术

导热硅脂，俗称散热膏，以有机硅酮为主要原料，添加耐热、导热性能优异的材料，制成的导热型有机硅脂状复合物，用于功率放大器、晶体管、电子管、CPU等电子原器件的导热及散热，从而保证电子仪器、仪表等的电气性能的稳定。

导热硅脂是一种高导热绝缘有机硅材料，几乎永远不固化，可在-50℃~230℃的温度下长期保持使用时的脂膏状态。既具有优异的电绝缘性，又有优异的导热性，同时具有低油离度（趋向于零），耐高低温、耐水、臭氧、耐气候老化。导热硅脂又称之为热界面材料，在散热与导热应用中，即使是表面非常光洁的两个平面在相互接触时都会有空隙出现，这些空隙中的空气是热的不良导体，会阻碍热量向散热片的传导。而导热硅脂就是一种可以填充这些空隙，使热量的传导更加顺畅迅速的材料。它可广泛涂覆于各种电子产品，电器设备中的发热体（功率管、可控硅、电热堆等）与散热设施（散热片、散热条、壳体等）之间的接触面，起传热媒介作用和防潮、防尘、防腐蚀、防震等性能，适用于微波通讯、微波传输设备、微波专用电源、稳压电源等各种微波器件的表面涂覆或整体灌封。导热硅脂对产生热的电子元件，提供了极佳的导热效果。导热硅脂可用于如：晶体管、CPU组装、热敏电阻、温度传感器、汽车电子零部件、汽车冰箱、电源模块、打印机头等中。

本申请人的在先申请CN 102732229A公开了一种膏体导热硅脂及其制备方法。该导热硅脂按重量份数包括：100重量份的甲基硅油、200~1000重量份的导热填料和10~100份的处理剂。该导热硅脂的制备方法为：将100重量份甲基硅油、200～1000重量份导热填料和10～100份处理剂加入真空捏合机或动力混合机中，在100～150℃温度和-0.06～-0.099MPa真空度情况下，脱水共混30～200分钟即可获得膏体导热硅脂。该发明通过对导热粉进行表面高温和真空处理，提高油与粉的相容性，使得产品在使用过程中在-50～230℃的温度下能长期保持膏脂状态，不出现发干、发硬及油粉分离现象，从而使该发明所制备的膏体导热硅脂具有优异的电绝缘性和导热性。但是，该发明采用了较少量的处理剂对导热填料进行表面改性，导热填料与甲基硅油的相容性较差，使得导热填料在导热硅脂中的分散较差，油粉容易分离，导热硅脂的导热性能差，不利于长期使用。

发明内容

针对现有技术中导热填料在导热硅脂中分散差，导热硅脂导热性能差的问题，本发明的目的之一在于提供一种膏体导热硅脂，所述导热硅脂具有高的导热系数，导热性能非常优异。

为了达到上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种膏体导热硅脂，按重量份数包括：

甲基硅油            100份

导热填料            400~1000份

偶联剂              40~200份。

优选地，所述膏体导热硅脂按重量份数包括：

甲基硅油            100份

导热填料            400~1000份

偶联剂        101~200份。

优选地，所述膏体导热硅脂按重量份数包括：

甲基硅油        100份

导热填料        600~1000份

偶联剂          150~200份。

二甲基硅油，别名甲基硅油，具有生理惰性、良好的化学稳定性、电缘性、耐热性和耐候性。本发明所述甲基硅油在温度为25℃时的粘度为100~5000mPa·s，例如105~300mPa·s、400~1500mPa·s、800~2800mPa·s、1200~3500mPa·s、2800~4800mPa·s，优选110~4000mPa·s。粘度太大，导热硅脂的加工性能变差。

导热填料，添加在甲基硅油中可增加导热硅脂的导热系数，本发明所述导热填料选自氧化铝、氧化锌、氮化铝、氮化硼、氧化镁或碳化硅中的任意一种或者至少两种的混合物，优选氧化铝、氧化锌、氮化铝或氮化硼中的任意一种或者至少两种的混合物。两种或者两种以上的导热填料，可以取得更好地协同作用，显著增加导热硅脂的导热系数。

导热填料与甲基硅油的界面性质不同，其相容性差，本发明通过添加偶联剂对导热填料进行表面改性处理，以增强其与甲基硅油的相容性，提高其分散性，从而解决现有的导热硅脂在使用过程中容易出现发干、发硬、导热系数低、油粉容易分离等问题。所述偶联剂选自硅烷类偶联剂、钛酸酯类偶联剂、磷酸酯类偶联剂、铝酸酯类偶联剂或硼酸酯类偶联剂中的任意一种或者至少两种的混合物，优选硅烷类偶联剂，进一步优选八甲基环四硅氧烷、六甲基二硅氮烷、十二烷基三甲氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、乙基三甲氧基硅烷、丁基三甲氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、甲基乙烯基二甲氧基硅烷、烯丙基三甲氧基硅烷或烯丙基甲基二甲氧基硅烷的任意一种或者至少两种的混合物。所述混合物例如十二烷基三甲氧基硅烷和六甲基二硅氮烷的混合物，六甲基二硅氮烷和八甲基环四硅氧烷的混合物，十二烷基三甲氧基硅烷和八甲基环四硅氧烷的混合物，十二烷基三甲氧基硅烷、六甲基二硅氮烷和八甲基环四硅氧烷的混合物。

所述导热填料的重量份数为200~1000份，例如250份、300份、350份、400份、450份、500份、550份、600份、650份、700份、820份、900份，980份。

所述偶联剂的重量份数为40~200份，例如50~70份、80~95份、105~130份、125~150份、145~180份。偶联剂的重量份数太少，对导热填料的表面改性效果不好，与甲基硅油的相容性得不到明显改善，影响导热硅脂的导热性能、介电性能，而且，极易出现油粉分离现象。

本发明所述的“包括”，意指其除所述组分外，还可以包括其他组分，这些其他组分赋予所述导热硅脂不同的特性。除此之外，本发明所述的“包括”，还可以替换为封闭式的“为”或“由……组成”。

本发明所述导热硅脂还可包括二氧化硅填料，导热硅脂在应用后保持垂直时，可起抑制滑落的作用。所述二氧化硅例如沉淀二氧化硅或热解法二氧化硅。所述二氧化硅填料的含量优选在1~10重量份。

所述导热硅脂还可以包括颜料、染料、热稳定剂、阻燃剂、增塑剂或增粘剂中的任意一种或者至少两种的混合物。

本发明的目的之二在于提供一种如上所述的膏体导热硅脂的制备方法，所述方法为：在真空条件下，按配方份数混合，得到膏体导热硅脂。

所述真空条件的真空度为-0.06~-0.099mPa，优选-0.07~-0.09mPa。

所述混合在100~150℃下进行，优选在110~140℃下进行，例如在115℃、120℃、130℃、140℃、148℃下进行混合。所述混合时间为30~200分钟，优选50~180分钟，进一步优选70~200分钟。

任意可以实现将物料在真空条件下混合的装置均可实现本发明，优选所述混合通过真空捏合机或动力混合机实现。

一种如上所述的膏体导热硅脂的制备方法，所述方法为：，按配方将各组分加入真空捏合机或者动力混合机中，在温度100~150℃，真空度为-0.06~-0.099mPa，混合30~200分钟，得到膏体导热硅脂。在混合过程中，原料中的水分脱除。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

（1）本发明通过选择合适的偶联剂的量对导热填料进行表面改性，提高了导热填料与甲基硅油的相容性，提高了导热填料在甲基硅油中的分散性能，提高了导热硅脂的导热性能，导热系数可达3.0W/m·k，甚至4.0W/m·k；

（2）本发明通过将导热硅脂的各组分在真空中混合，对导热填料进行表面高温、真空处理后，提高了导热填料与甲基硅油的相容性，使得产品在使用的过程中在-50℃～230℃的温度下长期保持使用时的脂膏状态，不出现发干、发硬、油粉分离等现象；

（3）本发明所述导热硅脂润湿性好，有光泽，介电性能优异，介电常数可达5.8，热阻抗小于0.03℃-in²/W，具有较少的渗油、优异的耐热性能和抗滑落性能，非常适用于作为电器元件和电子元件的散热材料。

具体实施方式

为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，本发明的典型但非限制性的实施例如下：

实施例1-3导热硅脂按重量份数组成及制备过程中的工艺参数如表1所示。

表1导热硅脂组成及制备工艺参数

按照实施例1-3所述配方，在如上所述的工艺条件下，通过真空捏合机或者动力混合机，将各物料混合，得到实施例1-3所述膏体导热硅脂。

对比例1

对比例1为CN 102732229A所公开的实施例1。

对实施例1-3和对比例1根据ASTM D 5470对导热硅脂进行导热系数、热阻抗和介电性能测试，结果如下表2所示。

渗油：将实施例1-3和对比例1所述导热硅脂应用在单面毛玻璃片上，盖玻片置于上方。将样品厚度调整在300μm。将试样在25℃下保持3天，然后用已从导热硅脂中渗出的油的直径和导热硅脂组合物的初始直径之间的比率来评估渗油。

耐热性：将实施例1-3和对比例1所述导致硅脂夹在铜试板和盖玻片之间，并将导热硅脂的厚度以1mm隔离物调整。进行热冲击实验（-40℃/125℃/500循环），且此试样垂直放置，然后观察导热硅脂的下垂的存在/不存在。

表2导热硅脂性能测试

应该注意到并理解，在不脱离后附的权利要求所要求的本发明的精神和范围的情况下，能够对上述详细描述的本发明做出各种修改和改进。因此，要求保护的技术方案的范围不受所给出的任何特定示范教导的限制。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细组成和方法，本发明并不局限于上述详细组成和方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细组成和方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种膏体导热硅脂，其特征在于，所述导热硅脂按重量份数包括：

甲基硅油        100份

导热填料        400~1000份

偶联剂          40~200份。

2.如权利要求1所述的导热硅脂，其特征在于，所述导热硅脂按重量份数包括：

甲基硅油        100份

导热填料        400~1000份

偶联剂          101~200份。

3.如权利要求1或2所述的导热硅脂，其特征在于，所述导热硅脂按重量份数包括：

甲基硅油        100份

导热填料        600~1000份

偶联剂          150~200份。

4.如权利要求1-3之一所述的导热硅脂，其特征在于，所述甲基硅油在温度为25℃时的粘度为100~5000mPa·s，优选110~4000mPa·s。

5.如权利要求1-4之一所述的导热硅脂，其特征在于，所述导热填料选自氧化铝、氧化锌、氮化铝、氮化硼、氧化镁或碳化硅中的任意一种或者至少两种的混合物，优选氧化铝、氧化锌、氮化铝或氮化硼中的任意一种或者至少两种的混合物。

6.如权利要求1-5之一所述的导热硅脂，其特征在于，所述偶联剂选自硅烷类偶联剂、钛酸酯类偶联剂、磷酸酯类偶联剂、铝酸酯类偶联剂或硼酸酯类偶联剂中的任意一种或者至少两种的混合物，优选硅烷类偶联剂，进一步优选八甲基环四硅氧烷、六甲基二硅氮烷、十二烷基三甲氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、乙基三甲氧基硅烷、丁基三甲氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、甲基乙烯基二甲氧基硅烷、烯丙基三甲氧基硅烷或烯丙基甲基二甲氧基硅烷的任意一种或者至少两种的混合物。

7.一种如权利要求1-6之一所述的导热硅脂的制备方法，其特征在于，所述方法为：在真空条件下，按配方份数混合，得到膏体导热硅脂。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述真空条件的真空度为-0.06~-0.099mPa，优选-0.07~-0.09mPa。

9.如权利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述混合在100~150℃下进行，优选在110~140℃下进行；

优选地，所述混合时间为30~200分钟，优选50~180分钟，进一步优选70~200分钟；

优选地，所述混合通过真空捏合机或动力混合机实现。

10.如权利要求7-9之一所述的方法，其特征在于，按配方将各组分加入真空捏合机或者动力混合机中，在温度100~150℃，真空度为-0.06~-0.099mPa的条件下，混合30~200分钟，得到膏体导热硅脂。