CN105733265B - 一种导热硅脂的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及热界面材料领域，特别涉及一种导热硅脂的制备方法，包括如下步骤：(1)将氧化石墨烯加入硅烷偶联剂的乙醇溶液中，超声混合一小时，抽滤干燥；(2)将硅烷偶联剂修饰的氧化石墨烯与硅油混合均匀后，在研磨机上研磨；(3)将混合物置于烘箱内进行高温处理；(4)真空搅拌后即得导热硅脂。首先通过氧化石墨烯丰富的含氧基团与偶联剂化学键结合，使经过处理的石墨烯与硅油有着良好的结合界面，有利于石墨烯在硅油中的分散性，使两者之间的相容性和亲和力得到了提高,因而有效地降低了二者界面之间的接触热阻；同时采用热还原的方法还原氧化石墨烯，利用石墨烯的高导热能力，提高导热硅脂的导热系数。

Description

一种导热硅脂的制备方法
技术领域
本发明涉及热界面材料领域，特别涉及到一种导热硅脂的制备方法。
背景技术
导热硅脂俗称散热膏，导热硅脂以有机硅酮为主要原料，是一种高导热绝缘有机硅材料，几乎永远不固化，可在-50℃～+230℃的温度下长期保持使用。由于导热硅脂高超的导热性，可以用于LED、CPU芯片等电子原器件的导热及散热，从而保证器件的性能稳定和使用寿命。
石墨烯，只有一个碳原子厚度的呈蜂巢晶格的二维材料，具有优异的机械、导热、导电特性。石墨烯具有极高导热系数，单层石墨烯的导热系数可达5300W/m·K，多层石墨烯导热率也在1500W/m·K以上。但是石墨烯的大比表面积以及表面惰性，使得其在硅脂中分散不均匀，容易发生团聚，填充量有限。氧化石墨烯表面丰富的含氧官能团，可以进行化学修饰。但是氧化石墨烯自身的导热性能较差。
中国发明专利CN 104893296A公布了《一种高导热复合硅脂及其制备方法》，采用乙醇作为石墨烯的分散剂，加入到硅油当中，烘干制得导热硅脂。该方法处理仍然不能很好地解决石墨烯团聚以及石墨烯表面惰性的问题。
发明内容
本发明为了克服上述技术问题的不足，提供了一种基于石墨烯的导热硅脂的制备方法，通过简单的方法实现了石墨烯在硅油中的良好分散，提高了石墨烯和硅油的相容性，有效地降低了石墨烯与硅油界面的接触热阻，提高导热硅脂的导热系数。
解决上述技术问题的技术方案如下：
一种导热硅脂的制备方法，包括如下步骤：
(1)将氧化石墨烯加入硅烷偶联剂的乙醇溶液中，超声混合一小时，抽滤干燥；
(2)将步骤(1)得到的硅烷偶联剂修饰的氧化石墨烯与硅油混合均匀后，在研磨机上研磨至混合物的粒径不超过100μm；
(3)将步骤(2)得到的混合物置于烘箱内进行高温处理；
(4)真空搅拌后即得导热硅脂。
步骤(1)中所述的硅烷偶联剂的乙醇溶液浓度为5～20mg/mL。
步骤(1)中所述的氧化石墨烯与硅烷偶联剂的质量比为1～10:0.1～10。
步骤(1)中所述的硅烷偶联剂包括KH550、KH560和KH570中的一种或多种。
步骤(2)中所述的硅油包括二甲基硅油、氨基硅油或苯基硅油中的一种或多种。
步骤(2)中所述的硅烷偶联剂修饰的氧化石墨烯占硅油质量的1～10％。
步骤(3)中所述的高温处理的温度为120～300℃，处理时间为60～180min。
步骤(4)中的真空度为-0.06～-0.099mPa。
热还原处理氧化石墨烯是一种比较常用的方法，使含氧基团减少，提高导热性能。氧化石墨烯与硅烷偶联剂通过化学键稳定的结合在一起，与硅油混合时能更好地分散其中，形成导热网络，增加硅脂的导热性能；同时偶联剂的加入使得填料与硅油化学键结合，减少渗油的可能。同时利用热还原法，简单快速的将氧化石墨烯还原，从而大大提高硅脂的导热性能。
本发明的有益效果是：首先通过氧化石墨烯丰富的含氧基团与偶联剂化学键结合，使经过处理的石墨烯与硅油有着良好的结合界面，有利于石墨烯在硅油中的分散性，使两者之间的相容性和亲和力得到了提高,因而有效地降低了二者界面之间的接触热阻；同时采用热还原的方法还原氧化石墨烯，利用石墨烯的高导热能力，提高导热硅脂的导热系数。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1：
将30g的氧化石墨烯加入到含有0.3g KH-550的乙醇溶液中(浓度为20mg/mL)中，超声混合一小时，抽滤干燥。上述偶联剂处理的氧化石墨烯与500g二甲基硅油混合均匀后，在三辊研磨机上研磨，直至肉眼观察无颗粒感，粒径不超过100μm。将混合物置于烘箱内120℃，烘烤60min，然后在真空搅拌机中处理30min，真空度为-0.06mPa,即得导热硅脂。
实施例2：
将30g的氧化石墨烯加入到含有0.5g KH-550的乙醇溶液中(浓度为20mg/mL)中，超声混合一小时，抽滤干燥。上述偶联剂处理的氧化石墨烯与500g硅油氨基硅油混合均匀后，在三辊研磨机上研磨，直至肉眼观察无颗粒感，粒径不超过100μm。将混合物置于烘箱内200℃，烘烤100min，然后在真空搅拌机中处理30min，真空度为-0.099mPa,即得导热硅脂。
实施例3：
将50g的氧化石墨烯加入到含有1g KH-550的乙醇溶液中(浓度为20mg/mL)中，超声混合一小时，抽滤干燥。上述偶联剂处理的氧化石墨烯与500g二甲基硅油混合均匀后，在三辊研磨机上研磨，直至肉眼观察无颗粒感,粒径不超过100μm。将混合物置于烘箱内300℃，烘烤180min，然后在真空搅拌机中处理30min，真空度为-0.079mPa,即得导热硅脂。
实施例4：
将20g的氧化石墨烯加入到含有0.2g KH-560的乙醇溶液中(浓度为20mg/mL)中，超声混合一小时，抽滤干燥。上述偶联剂处理的氧化石墨烯与500g苯基硅油混合均匀后，在三辊研磨机上研磨，直至肉眼观察无颗粒感,粒径不超过100μm。将混合物置于烘箱内200℃，烘烤100min，然后在真空搅拌机中处理30min，真空度为-0.068mPa,即得导热硅脂。
实施例5：
将40g的氧化石墨烯加入到含有0.4g KH-570的乙醇溶液中(浓度为20mg/mL)中，超声混合一小时，抽滤干燥。上述偶联剂处理的氧化石墨烯与500g氨基硅油混合均匀后，在三辊研磨机上研磨，直至肉眼观察无颗粒感,粒径不超过100μm。将混合物置于烘箱内250℃，烘烤150min，然后在真空搅拌机中处理30min，真空度为-0.076mPa,即得导热硅脂。
对比例1：
500g二甲基硅油与KH550 0.5g搅拌混合均匀后，在三辊研磨机上研磨至粒径不超过100μm。将混合物置于烘箱内300℃，烘烤180min，然后在真空搅拌机中处理30min，即得导热硅脂。
对比例2：
将20g的石墨烯加入到含有0.3g KH-550的乙醇溶液中(浓度为20mg/mL)中，超声混合一小时，抽滤干燥。上述偶联剂处理的氧化石墨烯与500g氨基硅油混合均匀后，在三辊研磨机上研磨，直至肉眼观察无颗粒感。将混合物置于烘箱内120℃，烘烤60min，然后在真空搅拌机中处理30min，即得所制备的导热硅脂。
对比例1、对比例2和实施例1-5的具体结果如下表1所示：
由上表1可知，氧化石墨烯的加入以及热处理可以显著提高硅脂的导热性能。同时与直接增加石墨烯的方法相比，先添加氧化石墨烯再热处理后的硅脂的导热系数比较高，而且与硅油的相容性好，不发生渗油现象。
实施例6：
将30g的氧化石墨烯加入到含有0.1g KH-550、0.1g KH560和0.1g KH570的乙醇溶液中(浓度为5mg/mL)中，超声混合一小时，抽滤干燥。上述偶联剂处理的氧化石墨烯与500g苯基硅油混合均匀后，在三辊研磨机上研磨，直至肉眼观察无颗粒感，粒径不超过100μm。将硅油置于烘箱内250℃，烘烤100min，然后在真空搅拌机中处理30min，真空度为-0.065mPa,即得导热硅脂。
实施例7：
将30g的氧化石墨烯加入到含有0.2g KH-550和0.1g KH570的乙醇溶液中(浓度为10mg/mL)中，超声混合一小时，抽滤干燥。上述偶联剂处理的氧化石墨烯与200g氨基硅油和300g苯基硅油的混合物混合均匀后，在三辊研磨机上研磨，直至肉眼观察无颗粒感，粒径不超过100μm。将混合物置于烘箱内250℃，烘烤100min，然后在真空搅拌机中处理30min，真空度为-0.065mPa,即得导热硅脂。
实施例8：
将30g的氧化石墨烯加入到含有0.1g KH560和0.2g KH570的乙醇溶液中(浓度为15mg/mL)中，超声混合一小时，抽滤干燥。上述偶联剂处理的氧化石墨烯与100g二甲基硅油、100g氨基硅油和300g苯基硅油的混合物混合均匀后，在三辊研磨机上研磨，直至肉眼观察无颗粒感，粒径不超过100μm。将混合物置于烘箱内120℃，烘烤60min，然后在真空搅拌机中处理30min，真空度为-0.06mPa,即得导热硅脂。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质上对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种导热硅脂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将氧化石墨烯加入硅烷偶联剂的乙醇溶液中，超声混合一小时，抽滤干燥；
(2)将步骤(1)得到的硅烷偶联剂修饰的氧化石墨烯与硅油混合均匀后，在研磨机上研磨至混合物的粒径不超过100μm；
(3)将步骤(2)得到的混合物置于烘箱内进行高温处理；所述的高温处理的温度为120～300℃，处理时间为60～180min；
(4)真空搅拌后即得导热硅脂。
2.根据权利要求1所述的导热硅脂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述的硅烷偶联剂的乙醇溶液浓度为5～20mg/mL。
3.根据权利要求1所述的导热硅脂的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述的氧化石墨烯与硅烷偶联剂的质量比为1～10:0.1～10。
4.根据权利要求1所述的导热硅脂的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述的硅烷偶联剂为KH550、KH560和KH570中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的导热硅脂的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述的硅油为二甲基硅油、氨基硅油或苯基硅油中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的导热硅脂的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述的硅烷偶联剂修饰的氧化石墨烯占硅油质量的1～10％。
7.根据权利要求1所述的导热硅脂的制备方法，其特征在于：步骤(4)中的真空度为-0.06～-0.099mPa。
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