CN104530709A - 一种金属增强有机硅导热材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种金属增强有机硅导热材料及其制备方法，该导热材料是由有机硅树脂5~20份、金属15~45份、导热剂 20~80份、催化剂 0.1~2份、固化剂 0.1~2份、偶联剂2~10份、阻燃剂0.1~5份，经过表面处理、真空密炼、压延等工艺制成，本发明通过在配方中添加金属、导热剂粉体，可在提高有机硅材料的导热系数的同时增加其力学性能，获得力学性能优异、导热效果优良的导热复合材料，可广泛应用于电子、汽车、LED灯具等电子传热领域。

Description

一种金属增强有机硅导热材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种金属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改性、散热材料技术领域。

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。金属由于具有热传导率高，耐高温、强度高，易表面处理的优点，与有机硅复合后使聚合物体系导热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。

迄今为止，众多专利已经报导了导热硅胶的制备及其性能，但添加一定比例金属材料，并采用有机硅树脂为基体、高导热填料，通过压延制备金属增强导热绝缘复合材料情况在国内却极少。因此，开发一种金属增强导热材料意义重大，具有广阔的应用前景。

发明内容

本发明的目的是提供一种金属增强有机硅导热材料及制备方法，该导热材料由有机硅树脂、金属、导热剂、催化剂、固化剂、偶联剂、阻燃剂，经过表面处理、真空密炼、压延等工艺制成，通过添加金属、导热剂粉体，可提高材料的导热系数的同时增加其力学性能，获得力学性能优异、导热效果优良的导热复合材料，可广泛应用于电子、汽车、LED灯具等电子传热领域。

本发明的技术方案如下：一种金属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5~20份、金属15~45份、导热剂 20~80份、催化剂 0.1~2份、固化剂 0.1~2份、偶联剂2~10份、阻燃剂0.1~5份，采用以下步骤制备：

（1）利用偶联剂对导热剂进行表面处理，使导热剂表面均匀包覆一层偶联剂；

（2）经过表面处理的导热剂和有机硅树脂、金属、阻燃剂装入密炼机真空密炼1～2个时；

（3）将步骤（2）制得混合物、催化剂、固化剂分别加入分散搅拌机，搅拌0.5～2小时，经过除气后，经压延制得片状的金属增强有机硅导热材料；

其中，所述金属为球形铝粉、铜粉中的一种或两种的混合物。

优选的，所述金属为球形铝粉，粒度为5~200微米。

所述导热剂为滑石粉、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。

所述导热剂优选氮化硼或氧化铝。

 所述的催化剂为铂金催化剂。

所述的固化剂为含氢硅油；优选含氢硅油的含氢量在0.1～1.0%。

所述的表面处理方法可以是将偶联剂与导热剂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，使得导热剂表面均匀包覆一层偶联剂。

所述偶联剂优选硅烷类或有机硅类偶联剂。

所述有机硅树脂优选透明粘稠的液体有机硅。

本发明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，结合金属优异的热性能，通过将金属粉末与有机硅树脂进行复合，提高有机硅材料的导热性能的同时，增强其力学性能，；通过添加复配导热剂，显著提高其材料的导热性能，可为需求日益旺盛的LED及电子传热领域提供更高效实用的有机硅导热材料。

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采用以下配方制备本发明的金属增强有机硅导热材料：有机硅树脂15份、粒度为100微米的球形金属铝粉15份、氮化硼 71.5份、铂金催化剂 0.2份、含氢量0.5%的含氢硅油0.3份、硅烷偶联剂3份、阻燃剂1份。

实施例2 采用以下配方制备本发明的金属增强有机硅导热材料：有机硅树脂15份、粒度为100微米的球形金属铝粉20份、氮化硼 61.5份、铂金催化剂 0.2份、固化剂 含氢量0.5%的含氢硅油0.3份、硅烷偶联剂3份、阻燃剂1份。

实施例3 采用以下配方制备本发明的金属增强有机硅导热材料：有机硅树脂15份、粒度为100微米的球形金属铝粉30份、氮化硼 51.5份、铂金催化剂 0.2份、固化剂 含氢量0.5%的含氢硅油0.3份、硅烷偶联剂3份、阻燃剂1份。

实施例4 采用以下配方制备本发明的金属增强有机硅导热材料：有机硅树脂15份、粒度为100微米的球形金属铝粉40份、氮化硼 41.5份、铂金催化剂 0.2份、含氢量0.5%的含氢硅油0.3份、硅烷偶联剂3份、阻燃剂1份。

实施例1~4采用如下相同的制备方法：

（1）将偶联剂对导热剂进行表面处理，使导热剂表面均匀包覆一层偶联剂；

（2）经过表面处理的导热剂和有机硅树脂、金属、阻燃剂装入密炼机真空密炼2小时；（3）将步骤（2）制得混合物、催化剂、固化剂分别加入分散搅拌机，搅拌1个小时，经过除气后，经压延制得。

对实施例1~4制得的金属增强有机硅导热材料在相同环境温度下进行性能检测，结果如下表所示：

。

实施例5 采用以下配方制备本发明的金属增强有机硅导热材料：有机硅树脂20份、粒度为200微米的球形金属铜粉45份、氧化铝 20份、氧化硅20、氧化锌20份、导热石墨20份、铂金催化剂 2份、含氢量1.0%的含氢硅油2份、有机硅偶联剂10份、阻燃剂10份；采用以下步骤制备：

（1）将氧化铝 、氧化硅、氧化锌、导热石墨加入搅拌机中搅拌均匀，然后将有机硅偶联剂以喷雾的方式加入粉料，混合均匀；

（2）将步骤（1）制得混合物与有机硅树脂、金属铜粉、阻燃剂装入密炼机真空密炼2小时；

（3）将步骤（2）制得混合物与铂金催化剂、固化剂的二分之一分别加入分散搅拌机，搅拌1小时，再加入剩余的固化剂，搅拌1小时，经过除气后，经压延制得。

实施例6 采用以下配方制备本发明的金属增强有机硅导热材料：材料准备：有机硅树脂5份、粒度为50微米的球形金属铝粉15份、球形铜粉10份、氧化铝 20份、铂金催化剂 0.1份、含氢量0.3%的含氢硅油1.5份、有机硅偶联剂2份、阻燃剂5份；采用以下步骤制备：

（1）将有机硅偶联剂与氧化铝搅拌分散均匀，使导热剂表面均匀包覆一层偶联剂；

（2）将步骤（1）的混合物与有机硅树脂、金属铝粉、铜粉装入密炼机真空密炼1小时，再加入阻燃剂密炼0.5小时；

（3）将步骤（2）制得混合物、铂金催化剂、固化剂的二分之一分别加入分散搅拌机，搅拌0.5小时，再加入剩余的固化剂，搅拌1小时，经过除气后，经压延制得。

Claims (7)

1.一种金属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5~20份、金属15~45份、导热剂 20~80份、催化剂 0.1~2份、固化剂 0.1~2份、偶联剂2~10份、阻燃剂0.1~5份，采用以下步骤制备：

（1）利用偶联剂对导热剂进行表面处理，使导热剂表面均匀包覆一层偶联剂；

（2）经过表面处理的导热剂和有机硅树脂、金属、阻燃剂装入密炼机真空密炼1～2小时；（3）将步骤（2）制得混合物、催化剂、固化剂分别加入分散搅拌机，搅拌0.5～2小时，经过除气后，经压延制得片状的金属增强有机硅导热材料；

其中，所述金属为球形铝粉、铜粉中的一种或两种的混合物。

2.根据权利要求1所述的金属增强有机硅导热材料，其特征在于：所述金属为粒度为5~200微米的球形铝粉。

3.根据权利要求1所述的金属增强有机硅导热材料，其特征在于：所述导热剂为滑石粉、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。

4.根据权利要求1所述的金属增强有机硅导热材料，其特征在于：所述导热剂为氮化硼或氧化铝。

5.根据权利要求1所述的金属增强有机硅导热材料，其特征在于：所述催化剂为铂金催化剂。

6.根据权利要求1所述的金属增强有机硅导热材料，其特征在于：所述固化剂为含氢硅油。

7.根据权利要求1或6所述的金属增强有机硅导热材料，其特征在于：所述固化剂为含氢量在0.1～1.0%的含氢硅油。