CN103265929A

CN103265929A - 碳纳米管阻燃导热有机硅灌封胶的制备方法

Info

Publication number: CN103265929A
Application number: CN2013102441625A
Authority: CN
Inventors: 李季
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-06-20
Filing date: 2013-06-20
Publication date: 2013-08-28

Abstract

本发明公开了一种碳纳米管阻燃导热有机硅灌封胶的制备方法，以不同粘度的端乙烯基硅油复配为基础胶，含氢硅油为交联剂，以碳纳米管为导热填料，添加阻燃剂氢氧化铝，制得的有机硅灌封胶同时具有良好导热性和阻燃性，并且制备方法简单，易于操作。

Description

碳纳米管阻燃导热有机硅灌封胶的制备方法

技术领域

本发明涉及一种灌封胶技术领域，特别涉及一种以碳纳米管为填料的阻燃导热型有机硅灌封胶的制备方法。

背景技术

随着电子工业的发展，越来越多的电子电器产品中要使用灌封胶。灌封胶用于电子元器件的粘接、密封、灌封和涂覆保护等，不仅可以起到防潮、防尘、防腐蚀、防震的作用，并能提高使用性能和稳定参数，有利于器件的小型化、轻量化和整体性。灌封胶的应用非常广泛，例如户外使用的电器，舰船舱外的电路板，为了防止湿气、凝露、盐雾等对电路的腐蚀，需要对电路板进行灌封；海上工作的电子设备的三防性能，要求所有的变压器和阻流圈，都需要灌封、包封或封端；另外，为提高机载、航天电子设备的抗振能力，对某些电路板需要进行固体封装或局部加固封装；某些电缆插头座，为了防止焊点腐蚀或折断，都需要灌封。

目前电子电器产品的灌封胶主要有环氧树脂灌封胶、聚氨酯灌封胶和有机硅灌封胶。其中，环氧树脂固化时无副产物并且收缩率小，固化物有优良的耐热性能、电绝缘性能、密着性和介电性能，能满足电子电器的要求。但其缺点是脆性大，韧性不足，固化时有一定的内应力，固化后易产生裂纹，使得其应用领域受到一定限制；聚氨酯绝缘灌封胶其分子结构具有疏水性、优良的低温性和耐候性，在-60℃下材料弯曲不开裂，-40℃时其伸长率变化很小，135℃仍有良好的电性能。但是聚氨酯有毒，对人体健康有害，选用时应采用低毒的聚氨酯材料，一般应用在普通电子元件和电器设备的封装。

据统计，电子元器件温度每升高 2℃，可靠性下降 10%，50℃时的寿命只有 25℃时的 1/6，导热性能的提高通常伴随着散热性能的优化。因此，导热灌封胶除了提供一般的防尘、防潮、防霉、防震等外，还对电子设备的小型化、密集化、提高其精度和寿命起到关键作用。

目前制备导热有机硅灌封胶最简单的方法是在有机硅基础胶中加入高导热填料。由于电子电器对灌封材料的电绝缘性要求比较高，因此一些导热导电填料（比如金属粉体铜粉、银粉等）的填充则受到限制，所以目前大多数是采用导热绝缘填料（比如氧化铝、氧化镁等）来提高电子灌封胶的导热性能。影响导热有机硅电子灌封胶导热性能的因素主要有：填料种类、填料比例、填料颗粒大小、填料形状、填料表面特征等，此外还与填料在基础胶中的分散状态、加工工艺等有关。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的缺陷，提供一种同时具有导热和阻燃性的有机硅灌封胶的制备方法。

为了实现以上发明目的，本发明采用以下技术方案：一种碳纳米管阻燃导热有机硅灌封胶的制备方法，包括以下步骤：

（1）按以下质量份数准备原料：端乙烯基硅油100份；含氢硅油10～30份；碳纳米管20～40份；氢氧化铝2～8份；氯铂酸-二乙烯基四甲基二硅氧烷0.1～1份；炔基环己醇0.1～1份；硅烷偶联剂2～5份；

（2）将端乙烯基硅油、碳纳米管、氧化铝和硅烷偶联剂加入真空捏合机中，在140℃下真空混合2h获得基料；

（3）取1/2的基料中加入含氢硅油和炔基环己醇，在高速剪切分散机的作用下充分搅拌30min，得A组份；

（4）取1/2的基料中加入氯铂酸-二乙烯基四甲基二硅氧烷，在高速剪切分散机的作用下充分搅拌30min，得B组份；

（5）将A、B组分在高速剪切分散机中混合均匀，放入真空干燥箱中真空脱泡30min，得碳纳米管阻燃导热有机硅灌封胶。

所述端乙烯基硅油包括SiVi-300、SiVi-500、SiVi-1000。

所述碳纳米管碳纳米管为多壁碳纳米管，外径范围为10～20nm，长度为5～50μm，采用强酸氧化处理。

所述氢氧化铝的粒径为5～10μm。

所述硅烷偶联剂为KH-570。

加成型有机硅灌封胶由于具有在固化过程中无小分子产生，收缩率小，能深层固化等特点，自出现以后发展很快，是高性能灌封胶的首选，具有广阔的应用前景。加成型有机硅灌封胶主要由含乙烯基的有机聚硅氧烷（通常称为乙烯基硅油）作为基础聚合物，低聚合度含氢硅油作为交联剂，铂络合物作为催化剂，炔醇作为反应抑制剂，白炭黑、石英粉、硅树脂等作为补强剂及颜料、阻燃剂、流动性调节剂、耐热添加剂、增粘剂等成分组成。其中对其性能影响较大的是基础胶乙烯基硅油。乙烯基硅油中乙烯基的位置与含量对灌封胶的性能具有重要的影响。徐镇田等制备了具有不同分子结构的乙烯基硅油，发现端基含乙烯基而分子链内不含乙烯基的硅油与含氢硅油固化后的力学性能最好，而粘度越大，力学性能越好。然而粘度越大，越不利于灌封。吕晓峰等研究发现采用不同粘度的直链型和支链型端乙烯基硅油复配体系作为灌封硅橡胶的基础胶，可以制备粘度适中且固化后力学性能良好的灌封胶。

碳纳米管自1991年被日本NEC 的电镜专家Iijima教授首先发现以来，短短十几年之间，这种纳米尺寸的炭质管状物就引起了全球性物理、化学和材料等科学界的广泛兴趣。由于碳纳米管的特殊结构和优异的力学、电学和光学性能以及其潜在的工业价值，使其逐渐成为化学、物理和材料等学科领域的研究热点，有人甚至将它誉为“21世纪的黑色钻石”。碳纳米管具有良好的传热性能，碳纳米管具有非常大的长径比，因而其沿着长度方向的热交换性能很高，相对的其垂直方向的热交换性能较低，通过合适的取向，碳纳米管可以合成高各向异性的热传导材料。另外，碳纳米管有着较高的热导率，只要在复合材料中掺杂微量的碳纳米管，该复合材料的热导率将会可能得到很大的改善。

氢氧化铝、氢氧化镁是常用的无机阻燃剂，它们无卤、无毒、低烟。盛旭敏等分别探讨了氢氧化铝、氢氧化镁和硼酸锌等无机阻燃剂的用量对硅橡胶的阻燃性能及力学性能的影响。结果表明：在相同的用量下，氢氧化铝的阻燃性能优于氢氧化镁和硼酸锌。无机阻燃剂虽然阻燃效果明显，但要使灌封胶达到一定的阻燃级别需要的填充量很大，这会严重恶化灌封胶的机械性能和加工性能，所以氢氧化铝多与其它阻燃剂复配使用以希望产生协同阻燃效果。詹学贵研究发现了氢氧化铝与铂络合物有较好的协同效应。

本发明的主要优点和有益效果是：

（1）以不同粘度的端乙烯基硅油复配为基础胶，含氢硅油为交联剂，制备了粘度适中并且固化后力学性能良好的加成型有机硅灌封胶；

（2）针对有机硅灌封胶导热性能差的缺点，在加成型有机硅灌封胶中添加绝缘性好的导热填料碳纳米管，制备了具有良好导热性的有机硅灌封胶；

（3）在具有良好导热性的有机硅灌封胶中添加阻燃剂氢氧化铝，制备了同时具有良好导热和阻燃性的有机硅灌封胶；

（4）制备方法简单，易于操作。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作进一步的说明。

实施例一：

按以下质量份数准备原料：端乙烯基硅油100份；含氢硅油15份；碳纳米管20份；氢氧化铝4份；氯铂酸-二乙烯基四甲基二硅氧烷0.5份；炔基环己醇0.5份；硅烷偶联剂KH-570 2份；

将端乙烯基硅油、碳纳米管、氧化铝和硅烷偶联剂加入真空捏合机中，在140℃下真空混合2h获得基料；

取1/2的基料中加入含氢硅油和炔基环己醇，在高速剪切分散机的作用下充分搅拌30min，得A组份；

取1/2的基料中加入氯铂酸-二乙烯基四甲基二硅氧烷，在高速剪切分散机的作用下充分搅拌30min，得B组份；

将A、B组分在高速剪切分散机中混合均匀，放入真空干燥箱中真空脱泡30min，得碳纳米管阻燃导热有机硅灌封胶。

实施例二：

按以下质量份数准备原料：端乙烯基硅油100份；含氢硅油10份；碳纳米管25份；氢氧化铝8份；氯铂酸-二乙烯基四甲基二硅氧烷0.1份；炔基环己醇1份；硅烷偶联剂KH-570 5份；

实施例三：

按以下质量份数准备原料：端乙烯基硅油100份；含氢硅油30份；碳纳米管30份；氢氧化铝2份；氯铂酸-二乙烯基四甲基二硅氧烷1份；炔基环己醇0.8份；硅烷偶联剂KH-570 4份；

实施例四：

按以下质量份数准备原料：端乙烯基硅油100份；含氢硅油20份；碳纳米管40份；氢氧化铝5份；氯铂酸-二乙烯基四甲基二硅氧烷0.1份；炔基环己醇1份；硅烷偶联剂KH-570 5份；

将制得的碳纳米管阻燃导热有机硅灌封胶倒入模具中室温固化或者加热固化，制成试片，进行各项性能测试。测试结果表明，灌封胶的极限氧指数为 38%～40%，阻燃等级可以达到FV-0 级，热导率为0.6～0.7W·m^-1·K^-1，拉伸强度和断裂伸长率分别为 1.68～1.70MPa和 80%～85%，邵氏A硬度为 65 度。表明本发明制得的灌封胶是同时具有良好导热和阻燃性的有机硅灌封胶

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims

1.一种碳纳米管阻燃导热有机硅灌封胶的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

按以下质量份数准备原料：端乙烯基硅油100份；含氢硅油10～30份；碳纳米管20～40份；氢氧化铝2～8份；氯铂酸-二乙烯基四甲基二硅氧烷0.1～1份；炔基环己醇0.1～1份；硅烷偶联剂2～5份；

2.根据权利要求1所述的碳纳米管阻燃导热有机硅灌封胶的制备方法，其特征在于：所述端乙烯基硅油包括SiVi-300、SiVi-500、SiVi-1000。

3.根据权利要求1所述的碳纳米管阻燃导热有机硅灌封胶的制备方法，其特征在于：所述碳纳米管碳纳米管为多壁碳纳米管，外径范围为10～20nm，长度为5～50μm，采用强酸氧化处理。

4.根据权利要求1所述的碳纳米管阻燃导热有机硅灌封胶的制备方法，其特征在于：所述氢氧化铝的粒径为5～10μm。

5.根据权利要求1所述的碳纳米管阻燃导热有机硅灌封胶的制备方法，其特征在于：所述硅烷偶联剂为KH-570。