CN106085221A - 一种有机硅树脂散热涂料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种有机硅树脂散热涂料的制备方法，属于涂料技术领域。针对现有涂料的机械性能差，附着力差，硬度小，不耐冲击，不耐热的问题，本发明提供了一种有机硅树脂散热涂料的制备方法，本发明通过制备高导热甲基苯基乙烯基硅树脂，并以其为基体，选取碳纤维，超细氮化铝为主要导热填料，利用碳纤维，超细氮化铝的有效搭接，在基体中形成良好的导热网络，提高涂层整体的导热率，结合云母粉和滑石粉，在醋酸丁酯，二丙酮醇，二甲苯中均匀分散，辅以氨基树脂交联固化成膜，研磨后得高导热系数且具有良好的附着力，耐冲击，耐热的有机硅树脂散热涂料。

Description

一种有机硅树脂散热涂料的制备方法

技术领域

[0001]本发明涉及一种有机硅树脂散热涂料的制备方法，属于涂料技术领域。

背景技术

[0002]随着电子技术的高速发展和人们消费需求的日益提高，电子产品正向着高功率、高集成、小型化的方向发展，从而导致电子器件的工作温度越来越高，如果散热能力不足，将会导致电子器件的工作温度大幅上升，进而直接影响器件的性能、稳定性和使用寿命。

[0003]随着LED等电子器件集成技术的发展及功率的不断增大，其工作温度也逐渐升高。有资料表明，电子器件温度每升高2°C，其可靠性下降10%;其在50°C下的工作寿命只相当于其在25°C下工作寿命的六分之一，由此可见，散热问题已经成为制约电子器件综合性能提升的关键因素。热传递有传导、对流、辐射三种方式。目前电子行业都是通过在电子元器件表面粘贴散热片和加装风扇来散热，这种散热组件主要增强热的传导和对流，但会明显增加电子产品的体积，不利于产品小型化、精密化的设计。与增强热传导和热对流相比，提升散热组件的红外辐射率来增强器件的散热性能成为一种非常有效的方式。特别是在小型电子器件、航空航天等供散热组件安装空间比较狭小的应用领域，通过传导和对流方式的散热效果非常有限，此时红外辐射散热具有非常重要的应用价值。增强辐射散热主要有对散热器件表面阳极氧化处理和涂布辐射散热涂料这两种方法。表面阳极氧化处理实施方法相对较为复杂，成本较高，且具有一定的局限性;涂布辐射散热涂料则施工简便，价格低廉，且不受器件材质的限制，此外还能起到保护器件的作用，近年来受到广泛关注。在提升电子器件散热能力方面，使用散热涂料是一条被广泛采纳的技术途径。但是，现有涂料的机械性能差，附着力差，硬度小，不耐冲击，不耐热，因此，对于高效散热涂料的研究显的尤为重要。

发明内容

[0004]本发明所要解决的技术问题:针对现有涂料的机械性能差，附着力差，硬度小，不耐冲击，不耐热的问题，本发明提供了一种有机硅树脂散热涂料的制备方法，本发明通过制备高导热甲基苯基乙烯基硅树脂，并以其为基体，选取碳纤维，超细氮化铝为主要导热填料，利用碳纤维，超细氮化铝的有效搭接，在基体中形成良好的导热网络，提高涂层整体的导热率，结合云母粉和滑石粉，在醋酸丁酯，二丙酮醇，二甲苯中均匀分散，辅以氨基树脂交联固化成膜，研磨后得高导热系数且具有良好的附着力，耐冲击，耐热的有机硅树脂散热涂料。

[0005]为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是:

(I)按碳和氧化铝的摩尔比为3.5-3.6,称取碳和氧化铝，并将其混合均匀，加入相对氧化铝质量为1.2〜1.4%氟化钙，置于管式炉中，在0.1〜0.2MPa氮气氛围下，加热至1600〜1650°C，保持温度4〜5h，冷却至700〜720 °C，以1.2〜1.5L/min通入空气，煅烧2〜3h，得氮化铝粉，转入粉碎机粉碎20〜30min，过200目筛，将过筛后的氮化铝粉加入行星式球磨机，按球料比为3〜4，加入氧化招研磨球，再加入相对氮化招质量50〜60%乙二醇，以80〜lOOr/min球磨45〜48h，转入120〜130 °C干燥箱干燥2〜3h，得超细氮化铝粉，备用；

(2)按质量份数计，称取15〜20份沥青基碳纤维长丝，将其浸泡在100〜150份体积分数为0.3-0.5%娃烷偶联剂KH560水溶液中，在78〜82°C恒温水浴箱中加热1-2h，过滤，将滤渣置于马弗炉中，在高纯氩气氛围下，加热至1200〜1300°C，保持温度20〜30min，冷却至室温，转入行星式球磨机中，球磨10〜12h，得改性碳纤维粉末，备用；

(3)按体积份数计，分别量取I〜2份甲基三氯硅烷，2〜4份甲基乙烯基二氯硅烷，4〜6份苯基三氯硅烷，混合均匀后加入10〜12份二甲苯中，以100〜200r/min搅拌10〜20min，将混合溶液加入由28〜30份去离子水，20〜22份二甲苯，2〜3份乙醇，5〜6份正丁醇组成的混合液中，在30-35 0C恒温水浴下，水解2〜3h，静置2〜3h，取上层溶液，并加入75〜80 °C去离子水至溶液pH至6.0〜6.5，向混合液中加入1.5-2.0份二甲氧基二苯基硅烷和10〜12份二甲苯，在70〜75 °C恒温水浴下，加热I〜2h后，在130〜140°C下减压蒸馏至原混合液体积30〜40%，加入0.02-0.05份二月桂酸二丁基锡，加热至150〜160°C，反应3~4h，在140〜145°C下减压蒸馏3~4h，得甲基苯基乙稀基娃树脂；

(4)按质量份数计，称取32〜35份上述甲基苯基乙烯基硅树脂，加入2〜3份BYK-ATU分散剂，用分散机分散均匀后，依次加入12〜13份上述步骤(2)制备的改性碳纤维粉末，7〜8份上述步骤(I)制备的超细氮化铝粉，9〜10份云母粉，I〜2份滑石粉，6〜7份醋酸丁酯，10〜11份二丙酮醇，8〜9份二甲苯，转入搅拌机中，加入120〜150份研磨错珠，以1200〜1500r/min搅拌I〜2h，加入10〜11份氨基树脂，以1000〜1200r/min继续搅拌至涂料细度彡50μπι，过200目筛，得有机硅树脂散热涂料。

[0006]本发明的应用方法是:先将金属基板表面用喷砂去除氧化膜，并用碱溶液清洗去油，在丙酮中超声清洗，冷风吹干后，用空气喷枪将本发明制备的有机硅树脂散热涂料喷涂在基板表面，静置20〜30min，加入150〜160 °C烘箱中烘烤30〜40min。本发明制备的散热涂层导热系数为1.8〜2.1W/(m.K)，附着力为I级，硬度为5〜6H，耐冲击性为200~300kg.mm。

[0007]本发明的有益技术效果是:

(1)本发明制备的有机硅树脂散热涂料涂层具有强附着力、良好的机械性能、耐温性；

(2)本发明制备工艺简单，安全，环保。

具体实施方式

[0008]按碳和氧化铝的摩尔比为3.5-3.6,称取碳和氧化铝，并将其混合均匀，加入相对氧化铝质量为1.2-1.4%氟化钙，置于管式炉中，在0.1〜0.2MPa氮气氛围下，加热至1600〜1650°C，保持温度4〜5h，冷却至700〜720°C，以1.2〜1.5L/min通入空气，煅烧2〜3h，得氮化铝粉，转入粉碎机粉碎20〜30min，过200目筛，将过筛后的氮化招粉加入行星式球磨机，按球料比为3〜4，加入氧化招研磨球，再加入相对氮化招质量50〜60%乙二醇，以80~100r/min球磨45〜48h，转入120〜130°C干燥箱干燥2〜3h，得超细氮化铝粉;按质量份数计，称取15〜20份沥青基碳纤维长丝，将其浸泡在100〜150份体积分数为0.3-0.5%娃烷偶联剂KH560水溶液中，在78〜82°C恒温水浴箱中加热I〜2h，过滤，将滤渣置于马弗炉中，在高纯氩气氛围下，加热至1200〜1300°C，保持温度20〜30min，冷却至室温，转入行星式球磨机中，球磨10〜12h，得改性碳纤维粉末;按体积份数计，分别量取I〜2份甲基三氯硅烷，2〜4份甲基乙烯基二氯硅烷，4〜6份苯基三氯硅烷，混合均匀后加入10〜12份二甲苯中，以100〜200r/min搅拌10〜20min，将混合溶液加入由28〜30份去离子水，20〜22份二甲苯，2〜3份乙醇，5〜6份正丁醇组成的混合液中，在30〜35°C恒温水浴下，水解2〜3h，静置2〜3h，取上层溶液，并加入75〜80°C去离子水至溶液pH至6.0〜6.5，向混合液中加入1.5-2.0份二甲氧基二苯基硅烷和10〜12份二甲苯，在70〜75 °C恒温水浴下，加热I〜2h后，在130〜140 °C下减压蒸馏至原混合液体积30〜40%，加入0.02-

0.05份二月桂酸二丁基锡，加热至150~160°(:，反应3~411，在140~145°(:下减压蒸馏3~411，得甲基苯基乙烯基硅树脂;按质量份数计，称取32〜35份上述甲基苯基乙烯基硅树脂，加入2〜3份BYK-ATU分散剂，用分散机分散均匀后，依次加入12〜13份上述制备的改性碳纤维粉末，Ί〜8份上述制备的超细氮化铝粉，9〜10份云母粉，I〜2份滑石粉，6〜7份醋酸丁酯，10〜11份二丙酮醇，8〜9份二甲苯，转入搅拌机中，加入120〜150份研磨错珠，以1200~15001'/111；[11搅拌1~211，加入10〜11份氨基树脂，以1000〜1200r/min继续搅拌至涂料细度彡50μπι，过200目筛，得有机硅树脂散热涂料。

[0009]实例 I

按碳和氧化铝的摩尔比为3.5，称取碳和氧化铝，并将其混合均匀，加入相对氧化铝质量为1.2%氟化钙，置于管式炉中，在0.1MPa氮气氛围下，加热至1600°C，保持温度4h，冷却至700 °C，以1.2L/min通入空气，煅烧2h，得氮化铝粉，转入粉碎机粉碎20min，过200目筛，将过筛后的氮化铝粉加入行星式球磨机，按球料比为3，加入氧化铝研磨球，再加入相对氮化铝质量50%乙二醇，以80r/min球磨45h，转入120°C干燥箱干燥2h，得超细氮化铝粉;按质量份数计，称取15份沥青基碳纤维长丝，将其浸泡在100份体积分数为0.3%硅烷偶联剂KH560水溶液中，在78°C恒温水浴箱中加热Ih，过滤，将滤渣置于马弗炉中，在高纯氩气氛围下，加热至1200°C，保持温度20min，冷却至室温，转入行星式球磨机中，球磨10h，得改性碳纤维粉末；按体积份数计，分别量取I份甲基三氯硅烷，2份甲基乙烯基二氯硅烷，4份苯基三氯硅烧，混合均勾后加入10份二甲苯中，以100r/min搅拌lOmin，将混合溶液加入由28份去离子水，20份二甲苯，2份乙醇，5份正丁醇组成的混合液中，在30 °C恒温水浴下，水解2h，静置2h，取上层溶液，并加入75°C去离子水至溶液pH至6.0，向混合液中加入1.5份二甲氧基二苯基硅烷和10份二甲苯，在70°C恒温水浴下，加热Ih后，在130°C下减压蒸馏至原混合液体积30%，加入0.02份二月桂酸二丁基锡，加热至150°C，反应3h，在140 °C下减压蒸馏3h，得甲基苯基乙烯基硅树脂;按质量份数计，称取32份上述甲基苯基乙烯基硅树脂，加入2份BYK-ATU分散剂，用分散机分散均匀后，依次加入12份上述制备的改性碳纤维粉末，7份上述制备的超细氮化铝粉，9份云母粉，I份滑石粉，6份醋酸丁酯，10份二丙酮醇，8份二甲苯，转入搅拌机中，加入120份研磨错珠，以1200r/min搅拌I〜2h，加入10份氨基树脂，以1000r/min继续搅拌至涂料细度50μπι，过200目筛，得有机硅树脂散热涂料。

[0010]本发明的应用方法是:先将金属基板表面用喷砂去除氧化膜，并用碱溶液清洗去油，在丙酮中超声清洗，冷风吹干后，用空气喷枪将本发明制备的有机硅树脂散热涂料喷涂在基板表面，静置20min，加入150°C烘箱中烘烤30min。本发明制备的散热涂层导热系数为1.8ff/(m.K)，附着力为I级，硬度为5H，耐冲击性为200kg.mm。

[0011]实例2

按碳和氧化铝的摩尔比为3.5，称取碳和氧化铝，并将其混合均匀，加入相对氧化铝质量为1.3%氟化钙，置于管式炉中，在0.1MPa氮气氛围下，加热至1620°C，保持温度4.5h，冷却至710 °C，以1.3L/min通入空气，煅烧2.5h，得氮化铝粉，转入粉碎机粉碎25min，过200目筛，将过筛后的氮化铝粉加入行星式球磨机，按球料比为3.5，加入氧化铝研磨球，再加入相对氮化铝质量55%乙二醇，以90r/min球磨46h，转入125 °C干燥箱干燥2.5h，得超细氮化铝粉；按质量份数计，称取18份沥青基碳纤维长丝，将其浸泡在120份体积分数为0.4%娃烷偶联剂KH560水溶液中，在800C恒温水浴箱中加热1.5h，过滤，将滤渣置于马弗炉中，在高纯氩气氛围下，加热至12500C，保持温度25min，冷却至室温，转入行星式球磨机中，球磨I Ih，得改性碳纤维粉末;按体积份数计，分别量取I.5份甲基三氯硅烷，3份甲基乙烯基二氯硅烷，5份苯基三氯娃烧，混合均勾后加入11份二甲苯中，以150r/min搅拌15min，将混合溶液加入由29份去离子水，21份二甲苯，2.5份乙醇，5.5份正丁醇组成的混合液中，在32°C恒温水浴下，水解2.5h，静置2.5h，取上层溶液，并加入78°C去离子水至溶液pH至6.2，向混合液中加入1.8份二甲氧基二苯基硅烷和11份二甲苯，在72 °C恒温水浴下，加热1.5h后，在135 °C下减压蒸馏至原混合液体积35%，加入0.03份二月桂酸二丁基锡，加热至1550C，反应3.5h，在142°C下减压蒸馏3.5h，得甲基苯基乙烯基硅树脂;按质量份数计，称取33份上述甲基苯基乙烯基硅树脂，加入2.5份BYK-ATU分散剂，用分散机分散均匀后，依次加入12.5份上述制备的改性碳纤维粉末，7.5份上述制备的超细氮化铝粉，9.5份云母粉，1.5份滑石粉，6.5份醋酸丁酯，10.5份二丙酮醇，8.5份二甲苯，转入搅拌机中，加入130份研磨错珠，以1300r/min搅拌

1.5h，加入10.5份氨基树脂，以1100r/min继续搅拌至涂料细度30μπι，过200目筛，得有机硅树脂散热涂料。

[0012]本发明的应用方法是:先将金属基板表面用喷砂去除氧化膜，并用碱溶液清洗去油，在丙酮中超声清洗，冷风吹干后，用空气喷枪将本发明制备的有机硅树脂散热涂料喷涂在基板表面，静置25min，加入155°C烘箱中烘烤35min。本发明制备的散热涂层导热系数为2.0ff/(m.K)，附着力为I级，硬度为5H，耐冲击性为250kg.mm。

[0013]实例3

按碳和氧化铝的摩尔比为3.6，称取碳和氧化铝，并将其混合均匀，加入相对氧化铝质量为1.4%氟化钙，置于管式炉中，在0.2MPa氮气氛围下，加热至1650°C，保持温度5h，冷却至720 °C，以1.5L/min通入空气，煅烧3h，得氮化铝粉，转入粉碎机粉碎30min，过200目筛，将过筛后的氮化铝粉加入行星式球磨机，按球料比为4，加入氧化铝研磨球，再加入相对氮化铝质量60%乙二醇，以100r/min球磨48h，转入130°C干燥箱干燥3h，得超细氮化铝粉;按质量份数计，称取20份沥青基碳纤维长丝，将其浸泡在150份体积分数为0.5%硅烷偶联剂KH560水溶液中，在82°C恒温水浴箱中加热2h，过滤，将滤渣置于马弗炉中，在高纯氩气氛围下，加热至13000C，保持温度30min，冷却至室温，转入行星式球磨机中，球磨12h，得改性碳纤维粉末；按体积份数计，分别量取2份甲基三氯硅烷，4份甲基乙烯基二氯硅烷，6份苯基三氯硅烧，混合均勾后加入12份二甲苯中，以200r/min搅拌20min，将混合溶液加入由30份去离子水，22份二甲苯，3份乙醇，6份正丁醇组成的混合液中，在35 °C恒温水浴下，水解3h，静置3h，取上层溶液，并加入80°C去离子水至溶液pH至6.5，向混合液中加入2.0份二甲氧基二苯基硅烷和12份二甲苯，在75°C恒温水浴下，加热2h后，在140°C下减压蒸馏至原混合液体积40%，加入0.05份二月桂酸二丁基锡，加热至160 °C，反应4h，在145 °C下减压蒸馏4h，得甲基苯基乙烯基硅树脂;按质量份数计，称取35份上述甲基苯基乙烯基硅树脂，加入3份BYK-ATU分散剂，用分散机分散均匀后，依次加入13份上述制备的改性碳纤维粉末，8份上述制备的超细氮化铝粉，10份云母粉，2份滑石粉，7份醋酸丁酯，11份二丙酮醇，9份二甲苯，转入搅拌机中，加入150份研磨错珠，以1500r/min搅拌2h，加入11份氨基树脂，以12001'/111；[11继续搅拌至涂料细度20M1，过200目筛，得有机硅树脂散热涂料。

[0014]本发明的应用方法是:先将金属基板表面用喷砂去除氧化膜，并用碱溶液清洗去油，在丙酮中超声清洗，冷风吹干后，用空气喷枪将本发明制备的有机硅树脂散热涂料喷涂在基板表面，静置30min，加入160°C烘箱中烘烤40min。本发明制备的散热涂层导热系数为2.1ff/(m.K)，附着力为I级，硬度为6H，耐冲击性为300kg.mm。

Claims (1)

1.一种有机硅树脂散热涂料的制备方法，其特征在于具体制备步骤为: (1)按碳和氧化铝的摩尔比为3.5〜3.6，称取碳和氧化铝，并将其混合均匀，加入相对氧化铝质量为1.2〜1.4%氟化钙，置于管式炉中，在0.1〜0.2MPa氮气氛围下，加热至1600〜1650°C，保持温度4〜5h，冷却至700〜720 °C，以1.2〜1.5L/min通入空气，煅烧2〜3h，得氮化铝粉，转入粉碎机粉碎20〜30min，过200目筛，将过筛后的氮化铝粉加入行星式球磨机，按球料比为3〜4，加入氧化招研磨球，再加入相对氮化招质量50〜60%乙二醇，以80〜100r/min球磨45〜48h，转入120〜130 °C干燥箱干燥2〜3h，得超细氮化铝粉，备用； (2)按质量份数计，称取15〜20份沥青基碳纤维长丝，将其浸泡在100〜150份体积分数为.0.3-0.5%娃烷偶联剂KH560水溶液中，在78〜82°C恒温水浴箱中加热1-2h，过滤，将滤渣置于马弗炉中，在高纯氩气氛围下，加热至1200〜1300°C，保持温度20〜30min，冷却至室温，转入行星式球磨机中，球磨10〜12h，得改性碳纤维粉末，备用； (3)按体积份数计，分别量取I〜2份甲基三氯硅烷，2〜4份甲基乙烯基二氯硅烷，4〜6份苯基三氯硅烷，混合均匀后加入10〜12份二甲苯中，以100〜200r/min搅拌10〜20min，将混合溶液加入由28〜30份去离子水，20〜22份二甲苯，2〜3份乙醇，5〜6份正丁醇组成的混合液中，在30-35 0C恒温水浴下，水解2〜3h，静置2〜3h，取上层溶液，并加入75〜80 °C去离子水至溶液pH至6.0〜6.5，向混合液中加入1.5-2.0份二甲氧基二苯基硅烷和10〜12份二甲苯，在70〜75 °C恒温水浴下，加热I〜2h后，在130〜140°C下减压蒸馏至原混合液体积30〜40%，加入0.02-0.05份二月桂酸二丁基锡，加热至150〜160°C，反应3~4h，在140〜145°C下减压蒸馏3~4h，得甲基苯基乙稀基娃树脂； (4)按质量份数计，称取32〜35份上述甲基苯基乙烯基硅树脂，加入2〜3份BYK-ATU分散剂，用分散机分散均匀后，依次加入12〜13份上述步骤(2)制备的改性碳纤维粉末，7〜8份上述步骤(I)制备的超细氮化铝粉，9〜10份云母粉，I〜2份滑石粉，6〜7份醋酸丁酯，10〜11份二丙酮醇，8〜9份二甲苯，转入搅拌机中，加入120〜150份研磨错珠，以1200〜1500r/min搅拌I〜2h，加入10〜11份氨基树脂，以1000〜1200r/min继续搅拌至涂料细度彡50μπι，过200目筛，得有机硅树脂散热涂料。