CN103333632A

CN103333632A - 一种石墨导电胶及其制备方法

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Publication number: CN103333632A
Application number: CN2013103165016A
Authority: CN
Inventors: 徐喜梅; 唐和清; 朱丽华; 黄爽爽
Original assignee: WUHAN GUOMO NEW MATERIAL TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: WUHAN GUOMO NEW MATERIAL TECHNOLOGY Co Ltd; Shanxi Luan Mining Group Co Ltd
Priority date: 2013-07-25
Filing date: 2013-07-25
Publication date: 2013-10-02

Abstract

本发明涉及一种石墨导电胶及其制备方法，石墨导电胶由以下质量百分比含量的原料制备而成：石墨粉15～30%；纳米碳材料0.1～5%；热固型树脂25～40%；反应稀释剂0.1～8%，增塑剂0.1～8%，固化剂30～40%。石墨导电胶制备方法：将纳米碳材料加入到溶剂中超声处理得分散液1，将石墨粉加入分散液1中并超声处理得分散液2，向分散液2中加入热固型树脂并超声处理得分散液3，将分散液3减压蒸去溶剂得黑色胶液，向黑色胶液中加入增塑剂，再加入反应稀释剂，进行搅拌和研磨，再加入固化剂，搅拌研磨，真空脱泡，得石墨导电胶。本发明具有体积电阻率低，粘接强度高等优点，通过分散液超声混合，使填料在基体树脂中分散更均匀，制备方法简便快捷，能耗和成本低。

Description

一种石墨导电胶及其制备方法

技术领域

本发明属于导电胶粘剂制备技术领域，涉及一种石墨导电胶粘剂，特别是一种石墨导电胶粘剂及其制备方法

背景技术

近年来，电子仪器正在向小型化、微型化和高集成化的方向发展，集成度的提高对电子封装技术提出了更高的要求。传统的锡-铅焊料只能用于0.65 mm以上间距的连接，已经不能满足高I/O数的发展需要，同时锡-铅合金的连接工艺中温度较高(>230 ℃)，产生的热应力会损伤器件和基板，并且铅对环境会造成污染。导电型胶粘剂（简称导电胶或者导电浆），是一种经固化和干燥后既能有效地粘接各种材料，又具有导电性能的特殊胶粘剂。导电胶具有固化温度低，分辨率高，热机械性能好，工艺简单，润湿性好等优点，是取代锡铅焊接，实现导电连接的理想选择。导电胶主要由树脂基体、导电粒子和添加剂、助剂等组成，对体系导电性能起决定性作用的主要是导电粒子的导电性能。石墨是一种常用的碳系材料，它不仅具有良好的导电性，而且兼有性能稳定、耐酸碱性好和分散性佳等优点，是制备导电胶的优良导电填料。石墨导电胶近年来在抗静电制品、电磁屏蔽、电极材料、半导体和导体材料等许多方面获得应用，显示出巨大的市场潜力。

在其他条件一定时，石墨颗粒在树脂基体中的分散状况将决定石墨导电胶的导电性能。传统的石墨导电胶制备中常采用球磨等将固体粉末直接机械混合的制备方法，这种方法能耗高，处理时间长，分散不均匀。

发明内容

本发明的目的是为克服现有技术存在的能耗高、时间长、分散不均匀的问题，提供一种石墨导电胶及其制备方法，本发明采用微米级石墨粒子作为导电填料，并添加纳米碳材料作为导电助剂，提高了石墨导电胶的导电性能；利用在分散液中超声混合的方法，使导电粒子在基体树脂中分散程度增加，相比传统的将固体粉末直接机械混合的制备方法，能耗更低，时间更短，分散更均匀。

本发明采用以下技术方案：

一种石墨导电胶，以下质量百分比含量的原料制备而成: 石墨粉15～30%；纳米碳材料0.1～5%；热固型树脂25～40%；反应稀释剂0.1～8%，增塑剂0.1～8%，固化剂30～40%。

所述石墨粉为天然石墨、天然改性石墨、人造石墨、膨胀石墨中的一种以上；石墨粉粒径D₅₀<10μm。

所述热固型树脂为环氧树脂，环氧树脂为双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂及改性环氧树脂的一种以上。

所述增塑剂为邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯中的一种以上。

所述反应稀释剂为烯丙基缩水甘油醚、丁基缩水甘油醚、1，4-丁二醇二缩水甘油醚、1，6-己二醇二缩水甘油醚中的一种以上。

所述固化剂为酸酐固化剂、胺类固化剂、改性胺类固化剂、叔胺、改性咪唑及其衍生物、双氰胺中的一种以上。

所述纳米碳材料为碳纳米管、纳米碳纤维、超级纳米碳、炭黑、乙炔黑中的一种以上。所述碳纳米管和纳米碳纤维的直径在0.5～500nm之间，所述超级纳米碳、炭黑、乙炔黑的粒径在1～200nm之间。

本发明还给出了一种石墨导电胶的制备方法，一种石墨导电胶的制备方法，各原料按质量百分比计，其特征在于包括以下步骤：一.将0.1～5%的纳米碳材料加入到溶剂中超声震荡处理，超声波频率为20～50kHz，功率为30～650W，时间0.1～12h,得到分散液1，二.将15～30%的石墨粉加入分散液1中并超声震荡处理，超声波频率为20～50kHz，功率为30～650W，时间0.1～10h，得分散液2，三.向分散液2中加入25～40%热固型树脂并超声震荡处理，超声波频率为20～50kHz，功率为30～650W，时间0.1～5h,得分散液3，四.将分散液3减压蒸去溶剂得黑色胶液，五.向上述黑色胶液中加入0.1～8%的增塑剂，再加入0.1～8%的反应稀释剂，充分搅拌和研磨，再加入30～40%的固化剂，搅拌研磨，真空脱泡，得石墨导电胶。

所述溶剂为甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丙酮、环己酮、戊酮、二氯甲烷、氯仿、二氯乙烷、环己烷、苯、甲苯、二甲苯、四氢呋喃中的一种以上。

本发明向导电胶中引入碳纳米管，与石墨结合，导电填料结合更加紧凑，可以提高导电性能。同时碳纳米管可以增加环氧树脂的物理性能，如固化后的硬度、抗裂性和耐磨损性能等；得到的导电胶可广泛应用于电子电路，电磁波屏蔽，抗静电，电极材料、半导体和导体材料等领域。

本发明用分散液超声混合法代替机械搅拌研磨法，使导电粒子在基体树脂中分散更均匀，耗能少，耗时大大缩短。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步详细说明。下述实施例仅用于说明本发明，但并不用于限制本发明的实施范围。

以下实施例中导电胶的体积电阻率测定均参照《中华人民共和国国家军用标准微电子器件试验方法和程序GJB548A-1996》方法5011中3.8.12.1.1部分进行。

除另有说明，本发明下述所采用的原料加入量均为质量百分比，本发明各原料都直接购买得到。

实施例1

各组分含量如下：

超声波频率选为20KHz，将0.3%碳纳米管加入到适量的乙醇中超声200W处理30min，得到分散液1；将25%石墨粉加入分散液1中并超声200W处理10min，得分散液2；向分散液2中加入33%双酚A型环氧树脂并超声200W处理10min，得分散液3；将分散液3减压蒸去溶剂得黑色胶液；向上述黑色胶液中加入3.2%邻苯二甲酸二丁酯，再加入6.5%烯丙基缩水甘油醚，充分搅拌和研磨，再加入32%六氢邻苯二甲酸酐，搅拌研磨，真空脱泡，得石墨导电胶。将该导电胶于80℃固化3h再在160℃固化4h，测得体积电阻率为1.9Ω·cm。

实施例2

各组分含量如下：

超声波频率选为50KHz，将0.4%碳纳米管加入到适量丙酮中超声180W处理40min，得到分散液1；将17 %石墨粉加入分散液1中并超声180W处理15min，得分散液2；向分散液2中加入35%双酚F型环氧树脂并超声180W处理5min，得分散液3；将分散液3减压蒸去溶剂得黑色胶液；向上述黑色胶液中加入6.8%邻苯二甲酸二丁酯，再加入6.8%1，4-丁二醇二缩水甘油醚，充分搅拌和研磨，再加入34%六氢邻苯二甲酸酐，搅拌研磨，真空脱泡，得石墨导电胶，将该导电胶于80℃固化3h后再在160℃固化4h，测得体积电阻率为4.0Ω·cm。

实施例3

各组分含量如下：

超声波频率选为25KHz，将0.1%超级纳米碳加入到适量四氢呋喃中超声200W处理30min，得到分散液1；将30%石墨粉加入分散液1中并超声160W处理30min，得分散液2；向分散液2中加入25%改性环氧树脂并超声200W处理10min，得分散液3；将分散液3减压蒸去溶剂得黑色胶液；向上述黑色胶液中加入0.1%邻苯二甲酸二丁酯，再加入8%1，6-己二醇二缩水甘油醚，充分搅拌和研磨，再加入36.8%六氢邻苯二甲酸酐，搅拌研磨，真空脱泡，得石墨导电胶，将该导电胶于80℃固化3h再在160℃固化4h，测得体积电阻率为2.1Ω·cm。

实施例4

各组分含量如下：

超声波频率选为30KHz，将15%纳米碳纤维加入到适量环己烷中超声160W处理60min，得到分散液1；将15%石墨粉加入分散液1中并超声200W处理10min，得分散液2；向分散液2中加入40%双酚A型环氧树脂并超声200W处理10min，得分散液3；将分散液3减压蒸去溶剂得黑色胶液；向上述黑色胶液中加入8%邻苯二甲酸二辛酯，再加入0.1%丁基缩水甘油醚，充分搅拌和研磨，再加入 31.9%顺丁烯二酸酐，搅拌研磨，真空脱泡，得石墨导电胶，将该导电胶于80℃固化3h再在170℃固化4h，测得体积电阻率为3.5Ω·cm。

实施例5

各组分含量如下：

超声波频率选为40KHz，将0.5%碳纳米管加入到溶剂中超声160W处理60min，得到分散液1；将14%石墨粉加入分散液1中并超声200W处理10min，得分散液2；向分散液2中加入35%双酚F型环氧树脂并超声160W处理15min，得分散液3；将分散液3减压蒸去溶剂得黑色胶液；向上述黑色胶液中加入3.5%邻苯二甲酸二甲酯，再加入7%烯丙基缩水甘油醚，充分搅拌和研磨，再加入40%顺丁烯二酸酐，搅拌研磨，真空脱泡，得石墨导电胶，将该导电胶于80℃固化3h再在170℃固化4h，测得体积电阻率为3.8Ω·cm。

Claims

1.一种石墨导电胶，其特征在于：该导电胶由以下质量百分比含量的原料制备而成：

2.根据权利要求1所述的一种石墨导电胶，其特征在于，所述石墨粉为天然石墨、天然改性石墨、人造石墨、膨胀石墨中的一种以上。

3.根据权利要求1所述的一种石墨导电胶，其特征在于，所述热固型树脂为环氧树脂，环氧树脂为双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂及改性环氧树脂的一种以上。

4.根据权利要求1所述的一种石墨导电胶，其特征在于，所述增塑剂为邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯中的一种以上。

5.根据权利要求1所述的一种石墨导电胶，其特征在于，所述反应稀释剂为烯丙基缩水甘油醚、丁基缩水甘油醚、1，4-丁二醇二缩水甘油醚、1，6-己二醇二缩水甘油醚中的一种以上。

6.根据权利要求1所述的一种石墨导电胶，其特征在于，所述固化剂为酸酐固化剂、胺类固化剂、改性胺类固化剂、叔胺、改性咪唑及其衍生物、双氰胺中的一种以上。

7.根据权利要求1所述的一种石墨导电胶，其特征在于，所述纳米碳材料为碳纳米管、纳米碳纤维、超级纳米碳、炭黑、乙炔黑中的一种以上。

8.根据权利要求7所述的一种石墨导电胶，其特征在于，所述碳纳米管和纳米碳纤维的直径在0.5～500nm之间，所述超级纳米碳、炭黑、乙炔黑的粒径在1～200nm之间。

9.一种石墨导电胶的制备方法，各原料按质量百分比计，其特征在于包括以下步骤：一. 将0.1～5%的纳米碳材料加入到溶剂中超声震荡处理，超声波频率为20～50kHz，功率为30～650W，时间0.1～12h,得到分散液1，二. 将15～30%的石墨粉加入分散液1中并超声震荡处理，超声波频率为20～50kHz，功率为30～650W，时间0.1～10h，得分散液2，三. 向分散液2中加入25～40%热固型树脂并超声震荡处理，超声波频率为20～50kHz，功率为30～650W，时间0.1～5h,得分散液3，四.将分散液3减压蒸去溶剂得黑色胶液，五.向上述黑色胶液中加入0.1～8%的增塑剂，再加入0.1～8%的反应稀释剂，充分搅拌和研磨，再加入30～40%的固化剂，搅拌研磨，真空脱泡，得石墨导电胶。

10.根据权利要求9所述的石墨导电胶制备方法，其特征在于，所述溶剂为甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丙酮、环己酮、戊酮、二氯甲烷、氯仿、二氯乙烷、环己烷、苯、甲苯、二甲苯、四氢呋喃中的一种以上。