CN103554921A - 导热及电磁屏蔽弹性材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有导热及电磁屏蔽功能弹性材料及其制备方法，该弹性材料是由重量百分比为40%～70%的有机硅橡胶与重量百分比含量为60～30%的具有高导热和电磁屏蔽功能微米粉混合而成。本发明实施例提供的制备方法原料来源广，价格便宜、产品耐腐蚀、无毒。制备工艺简单，生产周期短。弹性材料一次成型，密度小、材料内部无微裂纹。
Description
技术领域
本发明涉及材料技术领域，尤其涉及一种导热及电磁屏蔽弹性材料及其制备方法。
背景技术
微电子系统的复杂程度和功能正在以惊人的速度增加，其功率也在不断地增大，同时，其体积却在逐渐地减小，因此电子元件热源的散热问题成为制约电子系统稳定性关键因素。为使电子系统能持续、高效、稳定地工作，对其进行有效的散热十分重要，因此研究和开发具有高导热功能的电子散热材料刻不容缓。同时，随着印刷电路板产品工作频率的升高，其电磁辐射能力也逐渐增强，产生辐射电磁场，转化为远场电磁干扰，当其工作频率很高时，内部可能产生远场的电磁干扰，因此需要电磁屏蔽。
电磁屏蔽的功效是切断电磁波的传播途径，从而消除其干扰。它利用屏蔽体对电场和磁场同时加以屏蔽，一般用来对高频电磁场进行屏蔽，用于电磁屏蔽的材料有铁磁材料、铁电材料、导电高分子材料、导电涂料等；常用的电磁屏蔽材料以金属为主，一般使用板材、带材或者涂料形式，这些材料在很多领域有广泛应用，但是也存在一些不足，如密度大、施工复杂、质地坚硬较难成形等，因此，研究质轻、柔软、高屏蔽效能的复合材料具有较强的实际应用价值。
导热材料中常用的热界面材料(TIM)需要质地柔软，主要使用在散热器和电子热源之间，其目的主要是填充接触界面处的孔隙和缝隙，避免形成气泡，降低热阻。目前比较流行的TIM材料主要有导热脂类和弹性导热衬垫，前者因为使用不便正在逐渐被后者所替代，弹性导热衬垫是指具有弹性的和导热功能复合材料。市场上常见的弹性导热衬垫往往是由弹性高分子填充导热填料所制成的，因此寻求一种综合性能优异、轻质、弹性、导热和电磁屏蔽功能复合材料，融导热、电磁屏蔽为一体的材料，必将成为新一代的散热材料，以部分或全部取代目前市场主流产品。
发明内容
鉴于现有技术的不足，本发明目的在于提供一种具有导热、电磁屏蔽功能的弹性材料及其制备方法。
本发明的技术方案如下：
本发明实施例提供一种具有导热及电磁屏蔽功能弹性材料，它是由重量百分比为40%～70%的有机硅橡胶与重量百分比含量为60～30%的具有高导热和电磁屏蔽功能微米粉混合而成。
优选的，所述的弹性材料中的所述的有机硅橡胶是高温热硫化型甲基乙烯基硅橡胶。
优选的，所述的弹性材料中的所述微米粉是由微米α相氧化铝和镍镀层组成的具有核-壳结构的微米粉材料。
本发明实施例提供一种具有导热及电磁屏蔽功能弹性材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、选取粒度为1～100微米的α相氧化铝粉末，对其进行表面处理；
步骤2、在表面处理后的氧化铝粉末的表面沉积镍磷镀层，制备具有高导热和电磁屏蔽功能微米粉；
步骤3、将电磁屏蔽功能微米粉放入恒温于100～200度的加热器中，在加热器中通入纯氮气，使微米粉彻底干燥后，冷却后研磨成粉末，将其用作高导热弹性复合材料的导热填料；
步骤4、在混炼机上混炼有机硅橡胶的生胶，按重量比例加入所述导热填料和一定量的硫化剂后，使生胶和填料混合均匀；
步骤5、将混合均匀的生胶混合物放入平板硫化机中高温硫化3～10分钟，获得具有导热及电磁屏蔽功能弹性材料。
优选的，所述的制备方法还包括：
步骤6、将步骤5中获得的弹性材料在空气中加热到220～250度保温2～8小时进行二次硫化，获得高导热及电磁屏蔽功能弹性材料。
有益效果：
经过测试验证，本发明实施例提供的弹性材料具有导热性、电磁屏蔽性良好的优点。此外，本发明实施例提供的制备方法原料来源广，价格便宜、产品耐腐蚀、无毒。制备工艺简单，生产周期短。弹性材料一次成型，密度小、材料内部无微裂纹。
具体实施方式
本发明提供一种具有导热、电磁屏蔽功能的弹性材料及其制备方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明的具有导热及电磁屏蔽功能弹性材料，其特征在于它是由有机硅橡胶与具有高导热和电磁屏蔽功能微米粉混合而成。各部分的含量为：基体材料有机硅橡胶的重量百分比为40%～70%，具有高导热和电磁屏蔽功能微米粉的重量百分比为60～30%。
本发明的导热及电磁屏蔽功能弹性材料的制备方法，包括以下步骤：
1)选取粒度为1～100微米的α相氧化铝粉末，对其进行表面处理。
其中，表面处理的步骤举例如下：将100克α相氧化铝加入到2升浓度为0.1～0.5摩尔/升的盐酸溶液中搅拌5～20分钟，过滤后用水清洗氧化铝粉末。
2)在处理后的氧化铝表面沉积镍磷镀层，制备具有高导热和电磁屏蔽功能微米粉。
举例说明，将70克硫酸镍、70克次磷酸钠和100克柠檬酸钠和去离子水配制成1升的混合溶液，然后用氨水将其pH值调节到8～11，并将上述溶液加热到80～90度，并保温。然后将步骤1）中的氧化铝粉末加入其中，机械搅拌30～60分钟，然后过滤、烘干。
3)将2）中获得的微米粉放入恒温于100～200℃的加热器中，在加热器中通入纯氮气，使微米粉彻底干燥后，冷却后研磨成粉末，将其用作高导热弹性复合材料的导热填料。
4）在混炼机上混炼有机硅橡胶的生胶，按重量比例加入3）中的导热填料和一定量的硫化剂后，使生胶和填料混合均匀。
5）将4）中混合均匀的生胶混合物，放入平板硫化机中，在100～300MPa压强，160～180度下，高温硫化3～10分钟，初步获导热、电磁屏蔽功能弹性材料。
为进一步获得性能更好的弹性材料，本发明实施例还包括以下步骤：
6）将5）中经过硫化硅橡胶复合材料，在空气中加热到220～250度保温2～8小时进行二次硫化，获得高导热及电磁屏蔽功能弹性材料。
本发明实施例中，所述的有机硅橡胶是高温热硫化型甲基乙烯基硅橡胶。高导热和电磁屏蔽功能微米粉具体为由微米级α相氧化铝和镍镀层组成的具有核-壳结构的微米粉材料。
本发明所说的有机硅橡胶的生胶为甲基乙烯基硅橡胶的生胶。
本发明所述的硫化剂为2,5-二甲基-2,5-二叔丁基过氧基己烷和过氧化双（2,4-二氯苯甲酰）中的一种。硫化剂与硅橡胶生胶的重量百分比为1～2:100。
为更详细的理解本发明实施例提供的制备方法，下面给出具体的实施例1、2、3来验证和测试。
实施例1.
取D50粒径为20微米的α氧化铝粉末100克，将其加入到1升浓度为0.1摩尔/升的稀盐酸溶液中，混合搅拌5分钟，过滤出固体物后，水洗。同时，将70克硫酸镍、70克次磷酸钠和100克柠檬酸钠和去离子水配制成1升的混合溶液，然后用氨水将其pH值调节到8，将溶液加热并保温在80度，将经过水洗后的氧化铝颗粒加入到该混合溶液中，机械搅拌30分钟，然后过滤、烘干；经100度在氮气中彻底烘干后，研磨成粉，加入到67克硅橡胶生胶中，同时加入0.67克2,5-二甲基-2,5-二叔丁基过氧基己烷，经混炼均匀后，在100MPa压强，160度下硫化3分钟，再经过220度保温2小时后就获得具有导热及电磁屏蔽功能弹性材料。测量其导热系数为1.15W/m·K，对10～40GHz分频段吸收率：>10dB。
实施例2.
取D90粒径为50微米的α氧化铝粉末100克，将其加入到1升浓度为0.3摩尔/升的稀盐酸溶液中，混合搅拌15分钟，过滤出固体物后，水洗。同时将70克硫酸镍、70克次磷酸钠和100克柠檬酸钠和去离子水配制成1升的混合，溶液，然后用氨水将其pH值调节到10，将溶液加热并保温在85度，将经过水洗后的氧化铝颗粒加入到该混合溶液中，机械搅拌45分钟，然后过滤、烘干；经140度在氮气中彻底烘干后，研磨成粉，加入到100克硅橡胶生胶中，同时加入1.5克2,5-二甲基-2,5-二叔丁基过氧基己烷，经混炼均匀后，在200MPa压强，180度下硫化5分钟，再经过230度保温5小时后就获得具有导热及电磁屏蔽功能弹性材料。测量其导热系数为0.88W/m·K，对10～40GHz分频段吸收率：>6dB。
实施例3.
取D50粒径为70微米的α氧化铝粉末100克，将其加入到1升浓度为0.5摩尔/升的稀盐酸溶液中，混合搅拌20分钟，过滤出固体物后，水洗。同时，将70克硫酸镍、70克次磷酸钠和100克柠檬酸钠和去离子水配制成1升的混合溶液，然后用氨水将其pH值调节到11，将溶液加热并保温在90度，将经过水洗后的氧化铝颗粒加入到该混合溶液中，机械搅拌60分钟，然后过滤、烘干；经200度在氮气中彻底烘干后，研磨成粉，加入到233克硅橡胶生胶中，同时加入2.5克过氧化双（2,4-二氯苯甲酰），经混炼均匀后，在300MPa压强，180度下硫化10分钟，再经过250度保温8小时后就获得具有导热及电磁屏蔽功能弹性材料。测量其导热系数为0.76W/m·K，对10～40GHz分频段吸收率：>5dB。
经过上述验证和测试，本发明实施例提供的轻质高导复合材料与现有技术相比，具有以下优点：
1、原料来源广，价格便宜、产品耐腐蚀、无毒。
2、工艺简单，生产周期短，电磁屏蔽和散热效果好。
3、弹性材料一次成型，密度小、材料内部无微裂纹。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种具有导热及电磁屏蔽功能弹性材料，其特征在于，它是由重量百分比为40%～70%的有机硅橡胶与重量百分比含量为60～30%的具有高导热和电磁屏蔽功能微米粉混合而成。
2.根据权利要求1所述的弹性材料，其特征在于，所述的有机硅橡胶是高温热硫化型甲基乙烯基硅橡胶。
3.根据权利要求1所述的弹性材料，其特征在于，所述微米粉是由微米α相氧化铝和镍镀层组成的具有核-壳结构的微米粉材料。
4.一种如权利要求1所述的具有导热及电磁屏蔽功能弹性材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、选取粒度为1～100微米的α相氧化铝粉末，对其进行表面处理；
步骤2、在表面处理后的氧化铝粉末的表面沉积镍磷镀层，制备具有高导热和电磁屏蔽功能微米粉；
步骤3、将电磁屏蔽功能微米粉放入恒温于100～200度的加热器中，在加热器中通入纯氮气，使微米粉彻底干燥后，冷却后研磨成粉末，将其用作高导热弹性复合材料的导热填料；
步骤4、在混炼机上混炼有机硅橡胶的生胶，按重量比例加入所述导热填料和一定量的硫化剂后，使生胶和填料混合均匀；
步骤5、将混合均匀的生胶混合物放入平板硫化机中高温硫化3～10分钟，获得具有导热及电磁屏蔽功能弹性材料。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，还包括：
步骤6、将步骤5中获得的弹性材料在空气中加热到220～250度保温2～8小时进行二次硫化，获得高导热及电磁屏蔽功能弹性材料。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤4中有机硅橡胶的生胶为甲基乙烯基硅橡胶的生胶。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤4中的硫化剂为2,5-二甲基-2,5-二叔丁基过氧基己烷和过氧化双中的一种。
8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤4中的硫化剂与硅橡胶生胶的重量百分比为1～2:100。
9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1中进行表面处理的步骤包括：将α相氧化铝粉末加入到浓度为0.1～0.5摩尔/升的盐酸溶液中搅拌5-20分钟，过滤后用水清洗氧化铝粉末。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述步骤5中的生胶混合物放入平板硫化机中，在100～300MPa压强，160～180度下，高温硫化3～10分钟。
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