CN105199645A

CN105199645A - 一种能低温固化的高导热单组份碳浆胶粘剂及其制备方法

Info

Publication number: CN105199645A
Application number: CN201510734395.2A
Authority: CN
Inventors: 甘秋洋; 陈亦奇; 郭源坤; 林奕鹏
Original assignee: Xiamen Tai Qilifei Electronic Science And Technology Co Ltd
Current assignee: Xiamen Tai Qilifei Electronic Science And Technology Co Ltd
Priority date: 2015-11-03
Filing date: 2015-11-03
Publication date: 2015-12-30

Abstract

本发明公开了一种能低温固化高导热单组份碳浆胶粘剂及其制备方法，该导热胶粘剂材料主要由复合型环氧树脂作为基体和使用偶联剂改性处理的奈米石墨烯或微米胶体石墨所组成，其目的提供一种具有优良导热性能、高粘接强度，并且能在80℃环境中只要60分钟就可完全固化的单组份碳浆胶粘剂。本发明制备方法及其各组成百分比含量为：取50％-80％的复合型环氧树脂、5％-30％的奈米石墨烯或微米胶体石墨、5％-15％的固化剂、0.1％-2％的偶联剂、1％-15％的活性稀释剂、1％–10％的活性增韧剂、0.5％-3％的促进剂，利用高效均质混合搅拌技术制得能低温固化的高导热单组份碳浆胶粘剂。本发明产品低温固化高导热单组份碳浆胶粘剂提供优益的热导性能，并且拥有强韧的粘接物性和优良的热与化学稳定性能。

Description

一种能低温固化的高导热单组份碳浆胶粘剂及其制备方法

技术领域

本发明属于一种导热胶粘剂材料领域，特别是能低温固化的高导热单组份碳浆胶粘剂及其制备方法。

背景技术

在科技日新月异电子与光电产业中，所使用的材料导热性能一直以来都是备受关注与研究的议题。在消费性电子产品与LED照明市场不断扩大且器件开发技术持续提升之下，所衍生的便是重要的散热问题。高分子材料具有质量轻、耐腐蚀性能、强韧物性和优良的加工性等优点，可轻易实现电子产品获得轻薄化的目标。因此，透过本发明以简单的制程方式以及简短的生产时间，获得一种能低温固化的高导热单组份碳浆胶粘剂，藉以大幅提升LED照明组件的散热管理效益、优化IC封装质量、提高电子产品的热接口附件密封与散热，以及导热界面处理等领域。

固化后的环氧树脂具有良好的物理与化学性能，它对金属和非金属材料的表面具有优异的粘接强度，介电性能良好，温变收缩率小且尺寸稳定性好、硬度高、对大部分溶剂稳定，因而广泛应用于国防、工业、民生等各领域，作浇注、浸渍、粘接剂、涂料等用途。

石墨烯材料经研究显示为目前世界上应用材料中拥有最高散热系数的物质，约是铜的14倍、石墨的3.5倍，且具有非常优异的力学性能与化学稳定性。因此石墨烯被认为最适合解决目前LED照明和消费性电子产品散热问题。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种能低温固化的高导热绝缘单组份碳浆胶粘剂，解决了现有导热硅脂无法粘着且导热性能不佳等问题。另外，解决了现有单组份环氧树脂胶粘剂需要高温固化的缺点，以及双组份环氧树脂胶粘剂需要混胶后才能进行使用的不便性。

为实现本发明之目的，采用下列技术方案：

一种能低温固化的高导热单组份碳浆胶粘剂，其原料组成及其重量百分比含量如下：

优选的，所述的复合型环氧树酯为双酚A型环氧树脂与双酚F型环氧树脂为主成分的任意复合体系。

优选的，所述的石墨烯为尺寸50nm-100nm的石墨烯或氧化石墨烯微片粉体，胶体石墨为尺寸3μm-10μm的石墨烯微鳞片粉体。

优选的，所述的固化剂为双氰胺及其衍生物、二氨基马来腈及其衍生物、咪唑类化合物等单种或多种复合体形式添加。

优选的，所述的偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷的氨基官能团硅烷或γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷的环氧基官能团硅烷。

优选的，所述的活性稀释剂为烷基缩-水-甘油醚、新癸酸缩-水-甘油脂、烯丙基缩-水-甘油醚、丁基缩水甘油醚、蓖麻油多缩水甘油醚等活性稀释剂单种或多种复合体形式添加。

优选的，所述的活性增韧剂为聚丙二醇二缩水甘油酯的长长链脂肪族化合物。

优选的，所述的促进剂为低熔点咪唑加成物。

本发明还提供了一种能低温固化的高导热绝缘单组份碳浆胶粘剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)取得原料组分中所提供的奈米石墨烯或微米胶体石墨至冷冻式露点干燥设备中以时间2-6小时进行干燥除水作业；

(2)取得第(1)步骤中所提供的奈米石墨烯或微米胶体石墨置入充氮保护反应釜中，按照比例加入取得原料组分中所提供的偶联剂进行预先改性接枝制程；

(3)取得原料组分中所提供的的复合型环氧树酯，置入充氮保护的高效均质搅拌机中，按照配方比例加入活性稀释剂、活性增韧剂、固化剂、促进剂后以温度22-25℃、时间20-180分钟进行高效均质混合搅拌，即得单组份环氧树脂胶粘剂半成品；

(4)设定均质混合搅拌机的相关真空度、搅拌桨转速后，将取得第(2)步骤的硅烷接枝奈米石墨烯或微米胶体石墨与第(3)步骤的单组份环氧树脂胶粘剂半成品置入均质混合搅拌机进行真空高效均质混合后，即得成品。

优选的，所述的高效均质搅拌机所设置之制程条件为：真空度-0.01--0.08Mpa、公转搅拌转速50-100rpm、均质搅拌转速1000–2500rpm。

本发明集合了生产工艺简单明确、制程简短稳定和成本效益高等优点；其制备之产品拥有可低温固化、使用便利、加工性能优良、物性维持率高、强韧的粘接物性、优良的热与化学稳定性能。且具备稳定的高效导热率等多项优异性质。

具体实施方式

为了使本发明的目的、特征和优点更加的清晰，以下结合实施例，对本发明的具体实施方式做出更为详细的说明，在下面的描述中，阐述了很多具体的细节以便于充分的理解本发明，但是本发明能够以很多不同于描述的其他方式来实施。因此，本发明不受以下公开的具体实施的限制。

其中，所述的复合型环氧树酯为双酚A型环氧树脂与双酚F型环氧树脂为主成分的任意复合体系，例如台湾南亚公司生产的产品牌号185、187、128、170、175等。

其中，所述的石墨烯为尺寸50nm-100nm的石墨烯或氧化石墨烯微片粉体，厦门烯成新材料科技有限公司生产的产品牌号XC007等；胶体石墨为尺寸3μm-10μm的石墨烯微鳞片粉体，青岛富润达石墨烯有限公司生产的产品牌号F-1、F-2、FS-2等。

其中，所述的固化剂为双氰胺及其衍生物、二氨基马来腈及其衍生物、咪唑类化合物等单种或多种复合体形式添加。

其中，所述的偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷的氨基官能团硅烷或γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷的环氧基官能团硅烷，日本信越生产的产品牌号KBE-903、KBM-403，美国碳联生产的产品牌号KBE-903、A-180等。

其中，所述的活性稀释剂为烷基缩-水-甘油醚、新癸酸缩-水-甘油脂、烯丙基缩-水-甘油醚、丁基缩水甘油醚、蓖麻油多缩水甘油醚等活性稀释剂单种或多种复合体形式添加，例如安徽恒远化工有限公司生产的产品牌号966、680P等。

其中，所述的活性增韧剂为聚丙二醇二缩水甘油酯的长长链脂肪族化合物，徽恒远化工有限公司生产的产品牌号207、217、205、215、225等。

其中，所述的促进剂为低熔点咪唑加成物，厦门泰启力飞飞电子子科技有限公司资体研发产品牌号TE-BC。

其中，所述的高效均质搅拌机所设置之制程条件为：真空度-0.01--0.08Mpa、公转搅拌转速50-100rpm、均质搅拌转速1000–2500rpm。

实施例一

取得原料组分中所提供的奈米石墨烯或微米胶体石墨至冷冻式露点干燥设备中以时间2-6小时进行干燥除水作业后，依照重量百分比组成取3.85％的奈米石墨烯或微米胶体石墨、0.2％的偶合剂置入氮气气保护反应釜中以温度70-100℃搅拌转速200-800rpm、时间30分钟进行改性接枝制程，即得硅烷接枝奈米石墨烯或微米胶体石墨。接续，将72.7％的复合型环氧树脂置入充氮保护的高效均质搅拌机中，按照配方比例加入3.63％的活性稀释剂、7.27％的活性增韧剂、12.23％的固化剂、0.12％的促进剂后以温度22-25℃、时间20-80分钟进行均质混合搅拌，即得单组份环氧树脂胶粘剂半成品。最后，将上述制程步骤中硅烷接枝奈米石墨烯或微米胶体石墨与单组份环氧树脂胶粘剂半成品置入高效均质搅拌机中以真空度–0.01--0.08Mpa、公转搅拌转速50-100rpm、均质搅拌转速1000-2500rpm进行高效混合搅拌30-120分钟。即得实施例一产品。实施例原材料组成列于表1。经80℃/60分钟固化后施行各项物理性质检验结果列于表2。

实施例二

取得原料组分中所提供的奈米石墨烯或微米胶体石墨至冷冻式露点干燥设备中以时间2-6小时进行干燥除水作业后，依照重量百分比组成取7.98％的奈米石墨烯或微米胶体石墨、0.4％的偶合剂置入氮气气保护反应釜中以温度70-100℃搅拌转速200-800rpm、时间30分钟进行改性接枝制程，即得硅烷接枝奈米石墨烯或微米胶体石墨。接续，将69.41％的复合型环氧树脂置入充氮保护的高效均质搅拌机中，按照配方比例加入3.47％的活性稀释剂、6.94％的活性增韧剂、11.68％的固化剂、0.12％的促进剂后以温度22-25℃、时间20-80分钟进行均质混合搅拌，即得单组份环氧树脂胶粘剂半成品。最后，将上述制程步骤中硅烷接枝奈米石墨烯或微米胶体石墨与单组份环氧树脂胶粘剂半成品置入高效均质搅拌机中以真空度–0.01--0.08Mpa、公转搅拌转速50-100rpm、均质搅拌转速1000-2500rpm进行高效混合搅拌30-120分钟。即得实施例二产品。实施例原材料组成列于表1。经80℃/60分钟固化后施行各项物理性质检验结果列于表2。

实施例三

取得权利要求1所述配方所提供的奈米石墨烯或微米胶体石墨至冷冻式露点干燥设备中以时间2-6小时进行干燥除水作业后，依照重量百分比组成取11.75％的奈米石墨烯或微米胶体石墨、0.59％的偶合剂置入氮气气保护反应釜中以温度70-100℃搅拌转速200-800rpm、时间30分钟进行改性接枝制程，即得硅烷接枝奈米石墨烯或微米胶体石墨。接续，将66.41％的复合型环氧树脂置入充氮保护的高效均质搅拌机中，按照配方比例加入3.32％的活性稀释剂、6.64％的活性增韧剂、11.18％的固化剂、0.11％的促进剂后以温度22-25℃、时间20-80分钟进行均质混合搅拌，即得单组份环氧树脂胶粘剂半成品。最后，将上述制程步骤中硅烷接枝奈米石墨烯或微米胶体石墨与单组份环氧树脂胶粘剂半成品置入高效均质搅拌机中以真空度–0.01--0.08Mpa、公转搅拌转速50-100rpm、均质搅拌转速1000-2500rpm进行高效混合搅拌30-120分钟。即得实施例三产品。实施例原材料组成列于表1。经80℃/60分钟固化后施行各项物理性质检验结果列于表2。

实施例四

取得权利要求1所述配方所提供的奈米石墨烯或微米胶体石墨至冷冻式露点干燥设备中以时间2-6小时进行干燥除水作业后，依照重量百分比组成取14.94％的奈米石墨烯或微米胶体石墨、1.11％的偶合剂置入氮气气保护反应釜中以温度70-100℃搅拌转速200-800rpm、时间30分钟进行改性接枝制程，即得硅烷接枝奈米石墨烯或微米胶体石墨。接续，将63.6％的复合型环氧树脂置入充氮保护的高效均质搅拌机中，按照配方比例加入3.18％的活性稀释剂、6.36％的活性增韧剂、10.7％的固化剂、0.11％的促进剂后以温度22-25℃、时间20-80分钟进行均质混合搅拌，即得单组份环氧树脂胶粘剂半成品。最后，将上述制程步骤中硅烷接枝奈米石墨烯或微米胶体石墨与单组份环氧树脂胶粘剂半成品置入高效均质搅拌机中以真空度–0.01--0.08Mpa、公转搅拌转速50-100rpm、均质搅拌转速1000-2500rpm进行高效混合搅拌30-120分钟。即得实施例四产品。实施例原材料组成列于表1。经80℃/60分钟固化后施行各项物理性质检验结果列于表2。

实施例五

取得原料组分中提供的奈米石墨烯或微米胶体石墨至冷冻式露点干燥设备中以时间2-6小时进行干燥除水作业后，依照重量百分比组成取18.35％的奈米石墨烯或微米胶体石墨、0.92％的偶合剂置入氮气气保护反应釜中以温度70-100℃搅拌转速200-800rpm、时间30分钟进行改性接枝制程，即得硅烷接枝奈米石墨烯或微米胶体石墨。接续，将61.16％的复合型环氧树脂置入充氮保护的高效均质搅拌机中，按照配方比例加入3.06％的活性稀释剂、6.12％的活性增韧剂、10.29％的固化剂、0.10％的促进剂后以温度22-25℃、时间20-80分钟进行均质混合搅拌，即得单组份环氧树脂胶粘剂半成品。最后，将上述制程步骤中硅烷接枝奈米石墨烯或微米胶体石墨与单组份环氧树脂胶粘剂半成品置入高效均质搅拌机中以真空度–0.01--0.08Mpa、公转搅拌转速50-100rpm、均质搅拌转速1000-2500rpm进行高效混合搅拌30-120分钟。即得实施例五产品。实施例原材料组成列于表1。经80℃/60分钟固化后施行各项物理性质检验结果列于表2。

表1为各实施例制备低温固化的高导热单组份碳浆胶粘剂所使用的原材料配方组成。

表2为各实施例制备的低温固化的高高导热单组份碳浆胶粘剂料检验结果。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种能低温固化的高导热单组份碳浆胶粘剂，其特征在于，该复合材料的原料组成及其重量百分比含量如下：

。

2.根据权利要求1所述的一种能低温固化的高导热单组份碳浆胶粘剂，其特征在于，所述的复合型环氧树酯为双酚A型环氧树脂与双酚F型环氧树脂为主成分的任意复合体系。

3.根据权利要求1所述的一种能低温固化的高导热单组份碳浆胶粘剂，其特征在于，所述的石墨烯为尺寸50nm-100nm的石墨烯或氧化石墨烯微片粉体，胶体石墨为尺寸3μm-10μm的石墨烯微鳞片粉体。

4.根据权利要求1所述的一种能低温固化的高导热单组份碳浆胶粘剂，其特征在于，所述的固化剂为双氰胺及其衍生物、二氨基马来腈及其衍生物、咪唑类化合物等单种或多种复合体形式添加。

5.根据权利要求1所述的一种能低温固化的高导热单组份碳浆胶粘剂，其特征在于，所述的偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷的氨基官能团硅烷或γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷的环氧基官能团硅烷。

6.根据权利要求1所述的一种能低温固化的高导热单组份碳浆胶粘剂，其特征在于，所述的活性稀释剂为烷基缩-水-甘油醚、新癸酸缩-水-甘油脂、烯丙基缩-水-甘油醚、丁基缩水甘油醚、蓖麻油多缩水甘油醚等活性稀释剂单种或多种复合体形式添加。

7.根据权利要求1所述的一种能低温固化的高导热单组份碳浆胶粘剂，其特征在于，所述的活性增韧剂为聚丙二醇二缩水甘油酯的长长链脂肪族化合物。

8.根据权利要求1所述的一种能低温固化的高导热单组份碳浆胶粘剂，其特征在于，所述的促进剂为低熔点咪唑加成物。

9.一种能低温固化的高导热绝缘单组份碳浆胶粘剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(4)设定均质混合搅拌机的相关真空度、搅拌桨转速后，将取得第(2)步骤的硅烷接枝奈米石墨烯或微米胶体石墨与第(3)步骤的单组份环氧树脂胶粘剂半成品置入均质混合搅拌机进行行真空高效均质混合后，即得成品。

10.根据权利要求9所述的一种能低温固化的高导热绝缘单组份碳浆胶粘剂的制备方法，特征在于所述的高效均质搅拌机所设置之制程条件为：真空度-0.01--0.08Mpa、公转搅拌转速50-100rpm、均质搅拌转速1000–2500rpm。