CN105199396A

CN105199396A - 一种硅胶基碳材料取向型导热界面材料及其生产方法

Info

Publication number: CN105199396A
Application number: CN201510675211.XA
Authority: CN
Inventors: 范勇
Original assignee: Pinghu A Laide Industrial Co Ltd
Current assignee: Pinghu A Laide Industrial Co Ltd
Priority date: 2015-10-17
Filing date: 2015-10-17
Publication date: 2015-12-30

Abstract

本发明涉及一种硅胶基碳材料取向型导热界面材料，包括以下重量百分比的组分组成：粘度为200cp～2000cp的硅氧烷基树脂9.5～20％、导热填料19.5～35％、各向异性碳材料35～70％、助剂1～10％，并通过搅拌、固化的生产方法制备而成；本发明的优点：粘度为200cp～2000cp的硅氧烷基树脂、导热填料、各向异性碳材料、助剂混合制成的导热界面材料，通过上下表面电场使已混合在胶体内的各向异性碳材料进行取向，使碳材料上下取向，使导热系数大的方向处于导热材料传导通路上，使之达到传热性能最大化，加入导热填料，弥补各项异性材料在取向后，在其取向方向的垂直方向(即混合胶的水平方向)的导热性能的短板，保证热量的均衡传导，制作方法简单。

Description

一种硅胶基碳材料取向型导热界面材料及其生产方法

技术领域

本发明涉及一种硅胶基碳材料取向型导热界面材料及其生产方法。

背景技术

碳元素是非金属元素，但是却有金属材料的导电、导热性能，还具有像有机塑料一样的可塑性，并且具有特殊的化学稳定性、润滑和能涂敷在固体表面等等一些良好的工艺性能。碳材料具有非常多的同素异构体，在热性能方面占据了举足轻重的低位。碳材料不同的同素异构体的热传导率跨越了很大的一个范围—五个数量级—非晶碳的热导率为0.01W/m-K，在室温条件下金刚石或者石墨烯的热导率为大约2000W/m-K。ⅱ型金刚石的热导率在77K的温度下达到了10000W/m-K，碳纳米管的热导率在室温下达到了3000到3500W/m-K之间，超过了金刚石的热导率，成为热导率最高的材料，但是，上述碳材料在导热性能上均具有方向性，例如人工石墨散热片，其平面内具有1500-2500W/m-K范围内的超高导热性能，而垂直方向只具有10-20W/m-K的导热特性。

发明内容

本发明要解决的技术问题就是提供一种硅胶基碳材料取向型导热界面材料及其生产方法，可有效的使碳材料的各向异性的导热性能，使之取向达到传热性能最大化，碳材料在混合胶体内定向取向。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：一种导热界面材料，包括以下重量百分比的组分组成：粘度为200cp～2000cp的硅氧烷基树脂9.5～20％、导热填料19.5～35％、各向异性碳材料35～70％、助剂1～10％。

优选的，包括以下重量百分比的组分组成：粘度为200cp～2000cp的硅氧烷基树脂9.5％、导热填料19.5％、各向异性碳材料70％、助剂1％。

优选的，包括以下重量百分比的组分组成：粘度为200cp～2000cp的硅氧烷基树脂15.63％、导热填料25.79％、各向异性碳材料53.76％、助剂4.82％。

优选的，包括以下重量百分比的组分组成：粘度为200cp～2000cp的硅氧烷基树脂20％、导热填料35％、各向异性碳材料35％、助剂10％。

优选的，导热填料为氧化铝、氧化锌、氮化硼、氮化铝、氮化硅，碳化硅、氢氧化铝、铝粉、铜粉、银粉中的一种或两种的混合物或两种以上的混合物，能根据产品的最终性能对导热填料进行选择，实用性能好，保证碳材料取向方向的垂直方向的导热性能，保证热量的均衡导热处理。

优选的，各向异性碳材料为石墨、碳纳米管、碳纤维、石墨烯、金刚石、中的一种或两种的混合物或两种以上的混合物，能提高定向传热的作用。

优选的，助剂为硅烷偶联剂、铝酸酯偶联剂、钛酸酯偶联剂、硅烷交联剂、铂金催化剂、防沉剂、流平剂、润湿剂、消泡剂、抗氧化剂、抗黄变剂的一种或两种的混合物或两种以上的混合物，有利于改善产品的性能，硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂可以增强结合能力，提高产品最终的力学性能，防沉剂、流平剂、润湿剂和消泡剂可以有效的减少在加工过程中所产生的气泡，同时较易于成型加工，提高产品的良品率；抗氧化剂和抗黄变剂则有利于提高最终产品的使用可靠性。

一种硅胶基碳材料取向型导热界面材料的生产方法，包括以下步骤：

a)将硅氧烷基树脂、助剂放入双行星搅拌机内进行搅拌，搅拌时双行星搅拌机内的真空度为-0.1MPa，搅拌时间为20～30min；

b)在步骤a)搅拌后的混合物中加入导热填料并搅拌均匀，搅拌时双行星搅拌机内的真空度为-0.1MPa，搅拌的时间为30～40min；

c)将步骤b)搅拌后的混合物中加入各向异性碳材料并搅拌均匀，搅拌时双行星搅拌机内的真空度为-0.1MPa，搅拌的时间为30～40min；

d)将步骤c)的混合物注满模具中，使混合物与模具内腔的上下表面完全接触，然后对模具通电，通电电压为10～10000V，通电时间5～20min，再进行固化处理，固化温度为95～120℃，固化时间为25～35min。

优选的，步骤d)中的模具包括金属槽体、金属板和电源，模具的底端设置有绝缘隔离片，电源上设置有正极和负极，正极通过第一导线与金属槽体相连，负极通过第二导线与金属板相连，能保证混合物注满金属槽体内，能实现模具的绝缘性能，能适用不同型号的产品进行定向取向，实用性能好，绝缘隔离片提供了安全保护性能。

综上所述，本发明的优点：粘度为200cp～2000cp的硅氧烷基树脂、导热填料、各向异性碳材料、助剂混合制成的导热界面材料，能在取向方向的垂直方向的导热性能，碳材料的各向异性的导热性能，使之取向达到传热性能最大化，保证热量的均衡导热，结合能力强，产品最终的力学性能高，当硅氧烷基树脂的粘度小于200cp时，交联点较少，固化后交联程度较低，导致粘合效果差，从而力学性能较差，当硅氧烷基树脂的粘度大于2000cp时，搅拌后的混合物粘度大，不利于导热填料的混合和碳材料的定向移动，加工和实用性能差。

本发明所使用一种导热界面材料的生产方法，通过上下表面电场使已混合在胶体内的各向异性碳材料进行取向，使碳材料上下取向，使导热系数大的方向处于导热材料传导通路上，使之达到传热性能最大化，加入导热填料，弥补各项异性材料在取向后，在其取向方向的垂直方向(即混合胶的水平方向)的导热性能的短板，保证热量的均衡传导，通过双行星搅拌机分别对各组分逐一进行搅拌，并保证双行星搅拌机内的真空度在-0.1MPa，搅拌效果好，能使各组分搅拌均匀，通过通电的模具实现了碳材料在混合胶体内定向取向，保证了产品能达到最大的传热性，制作方法简单。

具体实施方式

实施例一：

一种导热界面材料，包括以下重量百分比的组分组成：粘度为200cp～2000cp的硅氧烷基树脂9.5％、导热填料19.5％、各向异性碳材料70％、助剂1％。

导热填料为氧化铝、氮化硼、氢氧化铝、铜粉的混合物，且氧化铝、氮化硼、氢氧化铝、铜粉的质量比为2:1:1:2，实用性能好，保证碳材料取向方向的垂直方向的导热性能，保证热量的均衡导热处理。

各向异性碳材料为石墨和碳纤维的混合物，且石墨和碳纤维的质量比为3:2,能提高定向传热的作用

助剂为硅烷偶联剂、防沉剂、消泡剂、抗氧化剂的混合物，且硅烷偶联剂、防沉剂、消泡剂、抗氧化剂的质量比为1:1:1:1。

一种导热界面材料的生产方法，包括以下步骤：

a)将硅氧烷基树脂、硅烷偶联剂、防沉剂、消泡剂、抗氧化剂放入双行星搅拌机内进行搅拌，搅拌时双行星搅拌机内的真空度为-0.1MPa，搅拌时间为22min；

b)在步骤a)搅拌后的混合物中加入氧化铝、氮化硼、氢氧化铝、铜粉并搅拌均匀，搅拌时双行星搅拌机内的真空度为-0.1MPa，搅拌的时间为32min；

c)将步骤b)搅拌后的混合物中加入石墨、碳纤维并搅拌均匀，搅拌时双行星搅拌机内的真空度为-0.1MPa，搅拌的时间为35min；

d)将步骤c)的混合物注满模具中，使混合物与模具内腔的上下表面完全接触，然后对模具通电，通电电压为600V，通电时间15min，再进行固化处理，固化温度为100℃，固化时间为34min。

步骤d)中的模具包括金属槽体、金属板和电源，模具的底端设置有绝缘隔离片，电源上设置有正极和负极，正极通过第一导线与金属槽体相连，负极通过第二导线与金属板相连，能保证混合物注满金属槽体内，能实现模具的绝缘性能，或者在模具的前后左右上下均设置绝缘隔离片来保证绝缘性，能适用不同型号的产品进行定向取向，实用性能好，绝缘隔离片提供了安全保护性能。

实施例二：

一种导热界面材料，包括以下重量百分比的组分组成：粘度为200cp～2000cp的硅氧烷基树脂15.63％、导热填料25.79％、各向异性碳材料53.76％、助剂4.82％。

导热填料为氧化锌、氮化硅、铝粉的混合物，且氧化锌、氮化硅、铝粉的质量比为2:2:1。

各向异性碳材料为碳纳米管和石墨烯，且碳纳米管和石墨烯的质量比为3:2。

助剂为铝酸酯偶联剂、铂金催化剂、流平剂、抗氧化剂的混合物，铝酸酯偶联剂、铂金催化剂、流平剂、抗氧化剂的质量比为3:2:2:1。

一种导热界面材料的生产方法，包括以下步骤：

a)将硅氧烷基树脂、铝酸酯偶联剂、铂金催化剂、流平剂、抗氧化剂放入双行星搅拌机内进行搅拌，搅拌时双行星搅拌机内的真空度为-0.1MPa，搅拌时间为27min；

b)在步骤a)搅拌后的混合物中加入氧化锌、氮化硅、铝粉并搅拌均匀，搅拌时双行星搅拌机内的真空度为-0.1MPa，搅拌的时间为35min；

c)将步骤b)搅拌后的混合物中加入碳纳米管和石墨烯并搅拌均匀，搅拌时双行星搅拌机内的真空度为-0.1MPa，搅拌的时间为38min；

d)将步骤c)的混合物注满模具中，使混合物与模具内腔的上下表面完全接触，然后对模具通电，通电电压为400V，通电时间18min，再进行固化处理，固化温度为110℃，固化时间为28min。

步骤d)中的模具包括金属槽体、金属板和电源，模具的底端设置有绝缘隔离片，电源上设置有正极和负极，正极通过第一导线与金属槽体相连，负极通过第二导线与金属板相连，能保证混合物注满金属槽体内，能实现模具的绝缘性能，能适用不同型号的产品进行定向取向，实用性能好，绝缘隔离片提供了安全保护性能。

实施例三：

一种导热界面材料，包括以下重量百分比的组分组成：粘度为200cp～2000cp的硅氧烷基树脂20％、导热填料35％、各向异性碳材料35％、助剂10％。

导热填料为氮化铝和铜粉，氮化铝和铜粉的质量比为2:1。

各向异性碳材料为碳纳米管、石墨烯、金刚石的混合物，碳纳米管、石墨烯、金刚石的质量比为2:3:1。

助剂为钛酸酯偶联剂、润湿剂、抗氧化剂的混合物，钛酸酯偶联剂、润湿剂、抗氧化剂的质量比为2:1:2。

一种导热界面材料的生产方法，包括以下步骤：

a)将硅氧烷基树脂、助剂放入双行星搅拌机内进行搅拌，搅拌时双行星搅拌机内的真空度为-0.1MPa，搅拌时间为29min；

b)在步骤a)搅拌后的混合物中加入导热填料并搅拌均匀，搅拌时双行星搅拌机内的真空度为-0.1MPa，搅拌的时间为34min；

c)将步骤b)搅拌后的混合物中加入各向异性碳材料并搅拌均匀，搅拌时双行星搅拌机内的真空度为-0.1MPa，搅拌的时间为37min；

d)将步骤c)的混合物注满模具中，使混合物与模具内腔的上下表面完全接触，然后对模具通电，通电电压为300V，通电时间8min，再进行固化处理，固化温度为120℃，固化时间为27min。

除上述优选实施例外，本发明还有其他的实施方式，本领域技术人员可以根据本发明作出各组分成分的比例，只要不脱离本发明的精神，均应属于本发明所附权利要求所定义的范围。

Claims

1.一种硅胶基碳材料取向型导热界面材料，其特征在于：包括以下重量百分比的组分组成：粘度为200cp～2000cp的硅氧烷基树脂9.5～20％、导热填料19.5～35％、各向异性碳材料35～70％、助剂1～10％。

2.根据权利要求1所述的一种硅胶基碳材料取向型导热界面材料，其特征在于：包括以下重量百分比的组分组成：粘度为200cp～2000cp的硅氧烷基树脂9.5％、导热填料19.5％、各向异性碳材料70％、助剂1％。

3.根据权利要求1所述的一种硅胶基碳材料取向型导热界面材料，其特征在于：包括以下重量百分比的组分组成：粘度为200cp～2000cp的硅氧烷基树脂15.63％、导热填料25.79％、各向异性碳材料53.76％、助剂4.82％。

4.根据权利要求1所述的一种硅胶基碳材料取向型导热界面材料，其特征在于：包括以下重量百分比的组分组成：粘度为200cp～2000cp的硅氧烷基树脂20％、导热填料35％、各向异性碳材料35％、助剂10％。

5.根据权利要求1至4任一项所述的一种硅胶基碳材料取向型导热界面材料，其特征在于：导热填料为氧化铝、氧化锌、氮化硼、氮化铝、氮化硅，碳化硅、氢氧化铝、铝粉、铜粉、银粉中的一种或两种的混合物或两种以上的混合物。

6.根据权利要求1至4任一项所述的一种硅胶基碳材料取向型导热界面材料，其特征在于：各向异性碳材料为石墨、碳纳米管、碳纤维、石墨烯、金刚石中的一种或两种的混合物或两种以上的混合物。

7.根据权利要求1至4任一项所述的一种硅胶基碳材料取向型导热界面材料，其特征在于：助剂为硅烷偶联剂、铝酸酯偶联剂、钛酸酯偶联剂、硅烷交联剂、铂金催化剂、防沉剂、流平剂、润湿剂、消泡剂、抗氧化剂、抗黄变剂的一种或两种的混合物或两种以上的混合物。

8.如权利要求1所述的一种硅胶基碳材料取向型导热界面材料所采用的生产方法，其特征在于：包括以下步骤：

9.如权利要求8所述的一种硅胶基碳材料取向型导热界面材料的生产方法，其特征在于：步骤d)中的模具包括金属槽体、金属板和电源，模具的底端设置有绝缘隔离片，电源上设置有正极和负极，正极通过第一导线与金属槽体相连，负极通过第二导线与金属板相连。