CN104530707A

CN104530707A - 一种晶须增强有机硅导热材料及其制备方法

Info

Publication number: CN104530707A
Application number: CN201410774300.5A
Authority: CN
Inventors: 杨永佳; 张彦兵; 杨小义
Original assignee: HUIZHOU KINGBALI TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: HUIZHOU KINGBALI TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2014-12-16
Filing date: 2014-12-16
Publication date: 2015-04-22

Abstract

本发明公开了一种晶须增强有机硅导热材料及其制备方法，该晶须增强有机硅导热材料是由有机硅树脂、导热绝缘填料、晶须、铂金催化剂、含氢硅油、偶联剂、其他助剂，经过表面处理、真空密炼、压延等工艺制成，通过添加无机晶须、导热绝缘填料，可提高有机硅材料的导热系数的同时增加其力学性能，尤其是具备更佳的韧性及均衡的力学性能，可广泛应用于电子、汽车、LED灯具等电子传热领域。

Description

一种晶须增强有机硅导热材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种晶须增强有机硅导热材料及其制备方法，属于有机硅高分子材料技术领域。

背景技术

有机硅产品是以硅－氧（Si－O）键为主链结构的，所以有机硅产品具有热稳定性高、耐候性高、电器绝缘性能、低表面张力和低表面能、生理惰性等特点，由于有机硅具有上述这些优异的性能，因此它的应用范围非常广泛。它不仅作为航空、尖端技术、军事技术部门的特种材料使用，而且也用于国民经济各部门，其应用范围已扩到：建筑、电子电气、纺织、汽车、机械、皮革造纸、化工轻工、金属和油漆、医药医疗等。

国内外研究者对有机硅导热材料进行了大量的研发和改性，逐渐形成一系列导热硅材料，如导热硅胶片、灌封胶、导热硅脂等。近年来采用无机填料（玻璃纤维、碳纤维、晶须等）制备超高导热复合材料的研究越来越受到关注，并将其广泛应用于电子行业。晶须由于具有长径比大，耐高温、抗化学腐蚀、强度高，易表面处理之优点，与有机硅复合后使聚合物体系性能得到很大的提高，且生产工艺简单。

同时，在电子封装和计算机芯片方面，设备的几何尺寸不断减小，能量输出却不断增加，使得导热绝缘材料的研究在这一领域变得越来越重要。通用导热材料易加工成型、价格低廉，但是热导率较低。通过在有机硅材料中添加高热导率的功能填料，如氮化铝、氮化硼、氧化镁和氧化铝等，可望显著提高聚合物的导热性能，同时又能保持聚合物的绝缘性能。

已有报道导热硅胶的制备及其性能，如CN201310078399.0公开了一种导热硅胶片材及制备方法，该导热硅胶片材是由聚硅氧烷、导热粉体、表面改性剂、交联剂、铂催化剂、抑制剂按10～50：20～600：0.1～5：0.2～2：0.01～1：0.0001～0.01的重量份混合并模压而成的片状体，其制备方法包括：a、将聚硅氧烷、交联剂、表面改性剂、导热粉体、铂催化剂和抑制剂按比例依次加入反应釜，搅拌30～50分钟，得到混合物料；b、将混合物料灌注到框形模具中，并将上表面刮平；c、把装有混合物料的模具放入烤箱中，在80～150℃温度下固化5～20分钟，成型后得到预定厚度，一面带粘性，另一面不带粘性的导热硅胶片材；CN 201310260223.7公开了一种超薄导热硅胶片及其制备方法，其组分比例如下：乙烯基封端的二甲基硅油100份、氢基硅油0.5～2.0份、导热粉体：200～500份、抑制剂：0.1～0.3份、催化剂：0.2～0.6份。但现有技术中添加一定比例晶须材料，并采用有机硅树脂为基体结合高导热绝缘填料，通过压延制备晶须增强导热绝缘复合材料情况在国内却极少。

发明内容

本发明的目的是提供一种晶须增强有机硅导热材料及制备方法。

本发明的技术方案如下：一种晶须增强有机硅导热材料由以下重量份数的组分组成：有机硅树脂15~30份、导热绝缘填料 50~80份、晶须0.5~5份、铂金催化剂0.1~2份、含氢硅油0.1~2份、偶联剂0.5~10份、其它助剂 0.1~10份，其制备采用如下步骤：

（1）利用偶联剂对导热绝缘填料进行表面处理，然后将经过表面处理的导热绝缘填料与有机硅树脂、晶须、其他助剂依次装入密炼机密炼0.5～1小时，然后在真空度为0.05MPa下干燥10min，再继续密炼共混0.5~1小时，取出在真空度为0.05MPa下干燥10min，控制密炼机温度为180-220℃控制转子转速为30-45r/min，密炼共混10~15分钟，得混合原料；

（2）将密炼后的混合原料和催化剂、含氢硅油依次加入分散搅拌机，以转速100~300r/min搅拌0.5～2小时后，取出物料，经除气、压延，制得晶须增强有机硅导热材料；

其中，所述晶须为氧化锌、氧化铝、碳化硅、氮化硼中的一种或两种以上的混合物。

优选的，所述晶须为碳化硅与氮化硼按质量比1:1~3混合。

进一步优选的，所述晶须为针状或纤维状且长径比10-100的氧化铝晶须。

所述导热绝缘填料为滑石粉、氧化铝、氧化硅、氧化锌、氧化镁、氧化钙、氮化铝、氮化硼、碳化硅、导热石墨、碳纤维、碳纳米管中的一种或几种进行复配。

所述导热绝缘填料优选氮化硼或氧化铝。

所述导热绝缘填料还可以是碳纤维、碳纳米管、氧化铝按照质量比1:1~2:1~5进行复配。

所述含氢硅油含氢量为0.1～1.0%。

所述的其它助剂可以是脱模剂或阻燃剂。

本发明所述有机硅树脂优选透明粘稠的液体有机硅。所述偶联剂优选硅烷类或有机硅类偶联剂。

所述的表面处理方法可以是将偶联剂与导热绝缘填料直接混合一定的时间或是将偶联剂采用喷雾的方式加入到导热剂中，使得导热绝缘填料表面均匀包覆一层偶联剂，使导热绝缘填料表面均匀包覆一层偶联剂，增强填料与树脂基体的相容性。

本发明是基于有机硅树脂的表面张力低、粘温系数小、压缩性高、气体渗透性高等基本性质，并具有耐高低温、电气绝缘、耐氧化稳定性、耐候性、难燃、憎水、耐腐蚀、无毒无味以及生理惰性等优异特性进行制备，相对于现有技术具有如下有益效果：

（1）利用晶须优异的力学和物理性能，将无机晶须与有机硅树脂进行复合，不仅可以提高基体材料的强度、改善其韧性，可以提高其导热性能；

（2）添加复配导热绝缘填料，显著提高其材料的导热性能，为LED及电子传热技术应用领域提供一种更具有实用性的有机硅导热材料；

（3）结合二次密炼以及真空干燥，使得材料的韧性进一步增强，力学性能更均衡。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明做进一步详细说明，这些实施例仅用来说明本发明，并不限制本发明的范围。

实施例1采用以下配方（1#）制备本发明的晶须增强有机硅导热材料：液体有机硅树脂20份、氧化铝 75.5份、针状或纤维状且长径比10-100的氧化铝晶须1份、铂金催化剂0.2份、含氢量0.3%的含氢硅油0.3份、有机硅偶联剂0.5~10份、阻燃剂 3份，制备方法如下：

（1）利用偶联剂对导热绝缘填料进行表面处理，然后将经过表面处理的导热绝缘填料与有机硅树脂、晶须、阻燃剂依次装入密炼机密炼0.5小时，然后在真空度为0.05MPa下干燥10min，再继续密炼共混1小时，取出在真空度为0.05MPa下干燥10min，控制密炼机温度为180-220℃控制转子转速为30-45r/min，密炼共混10分钟，得混合原料；

（2）将密炼后的混合原料和铂金催化剂、含氢硅油依次加入分散搅拌机，以转速200r/min搅拌1小时后，取出物料，经除气、压延，制得生产厚度为1.0mm的晶须增强有机硅导热材料。

实施例2 采用以下配方（2#）制备本发明的晶须增强有机硅导热材料：液体有机硅树脂20份、氧化铝 75份、针状或纤维状且长径比10-100的氧化铝晶须晶须1.5份、铂金催化剂0.2份、含氢量0.3%的含氢硅油0.3份、有机硅偶联剂0.5~10份、阻燃剂 3份，制备方法同实施例1。

实施例3 采用以下配方（3#）制备本发明的晶须增强有机硅导热材料：液体有机硅树脂15~30份、氧化铝 74.份、针状或纤维状且长径比10-100的氧化铝晶须晶须2份、铂金催化剂0.2份、含氢量0.3%的含氢硅油0.3份、有机硅偶联剂0.5~10份、阻燃剂 3份，制备方法同实施例1。

实施例4 采用以下配方（4#）制备本发明的晶须增强有机硅导热材料：液体有机硅树脂20份、氧化铝 74份、针状或纤维状且长径比10-100的氧化铝晶须晶须2.5份、铂金催化剂0.2份、含氢量0.3%的含氢硅油0.3份、有机硅偶联剂0.5~10份、阻燃剂 3份，制备方法同实施例1。

在相同环境温度下对实施例1~4中四种配方的晶须增强有机硅导热材料进行性能检测，结果如下表所示：

。

实施例5 采用以下配方制备本发明的晶须增强有机硅导热材料：液体有机硅树脂15份、氮化硼 80份、晶须（碳化硅与氮化硼按质量比1:1混合）0.5份、铂金催化剂0.1份、含氢量0.5%的含氢硅油0.1份、硅烷偶联剂0.5~10份、阻燃剂4份；采用以下步骤制备：

（1）将硅烷偶联剂采用喷雾形式加入到氮化硼中对其进行表面处理，然后将经过表面处理的氮化硼与液体有机硅树脂、晶须、阻燃剂依次装入密炼机密炼1小时，然后在真空度为0.05MPa下干燥10min，再继续密炼共混1小时，取出在真空度为0.05MPa下干燥10min，控制密炼机温度为180-220℃控制转子转速为30-45r/min，密炼共混12分钟，得混合原料；

（2）将密炼后的混合原料和铂金催化剂、含氢硅油依次加入分散搅拌机，以转速100r/min搅拌2小时后，取出物料，经除气、压延，制得生产厚度为1.0mm的晶须增强有机硅导热材料。

实施例6 采用以下配方制备本发明的晶须增强有机硅导热材料：有机硅树脂30份、导热绝缘填料 50份（其中碳纤维10份、碳纳米管10份、氧化铝30份）、晶须（碳化硅与氮化硼按质量比1:3混合）5份、铂金催化剂2份、含氢量0.1%的含氢硅油2份、硅烷偶联剂0.5~10份、脱模剂1份、阻燃剂5份；采用以下步骤制备：（1）将硅烷偶联剂与导热绝缘填料混合搅拌均匀，填料表面均匀包覆一层偶联剂，然后将经过表面处理的导热绝缘填料与有机硅树脂、晶须、脱模剂、阻燃剂依次装入密炼机密～1小时，然后在真空度为0.05MPa下干燥10min，再继续密炼共混0.5小时，取出在真空度为0.05MPa下干燥10min，控制密炼机温度为180-220℃控制转子转速为30-45r/min，密炼共混15分钟，得混合原料；

（2）将密炼后的混合原料和铂金催化剂、含氢硅油依次加入分散搅拌机，以转速300r/min搅拌0.5小时后，取出物料，经除气、压延，制得生产厚度为1.0mm晶须增强有机硅导热材料。

Claims

1.一种晶须增强有机硅导热材料，其特征在于：由以下重量份数的组分组成：有机硅树脂15~30份、导热绝缘填料 50~80份、晶须0.5~5份、铂金催化剂0.1~2份、含氢硅油0.1~2份、偶联剂0.5~10份、其它助剂 0.1~10份，其制备采用如下步骤：

2.根据权利要求1所述的晶须增强有机硅导热材料，其特征在于：所述晶须为碳化硅与氮化硼按质量比1:1~3混合。

3. 根据权利要求1所述的晶须增强有机硅导热材料，其特征在于：所述晶须为针状或纤维状且长径比10-100的氧化铝晶须。

4.根据权利要求1所述的晶须增强有机硅导热材料，其特征在于：所述导热绝缘填料为滑石粉、氧化铝、氧化硅、氧化锌、氧化镁、氧化钙、氮化铝、氮化硼、碳化硅、导热石墨、碳纤维、碳纳米管中的一种或几种进行复配。

5.根据权利要求1所述的晶须增强有机硅导热材料，其特征在于：所述导热绝缘填料为氮化硼或氧化铝。

6.根据权利要求1所述的晶须增强有机硅导热材料，其特征在于：所述导热绝缘填料是碳纤维、碳纳米管、氧化铝按照质量比1:1~2:1~5进行复配。

7.根据权利要求1所述的晶须增强有机硅导热材料，其特征在于：所述含氢硅油为含氢量在0.1～1.0%的含氢硅油。

8.根据权利要求1所述的晶须增强有机硅导热材料，其特征在于：所述其它助剂为脱模剂或阻燃剂。