CN106751506A - 一种高强度导热绝缘材料 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种高强度导热绝缘材料，包括导热绝缘材料基体和高强度体系，高强度体系的加入量为所述导热绝缘材料重量的3.2‑3.4%；导热绝缘材料基体的重量份组分包括：氧化铝12.5‑12.7份、氧化镁5.5‑5.7份、碳化硅2.1‑2.3份，硅烷偶联剂3.1‑3.3份、硝酸钙2.4‑2.6份、对苯二酚4.1‑4.3份、乙酸镍3.8‑4份、乙醇12‑14份、环氧树脂14‑16份、二甲基丙烯酰胺5.1‑5.3份、偏硅酸钠2.2‑2.4份、苯三唑6.1‑6.3份。本发明通过加入高强度体系，可以提高导热绝缘材料的拉伸强度、弯曲强度、缺口冲击强度、导热系数、耐高温性能以及抗静电性能。

Description

一种高强度导热绝缘材料
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种高强度导热绝缘材料。
背景技术
导热聚合物基复合材料是以聚合物为基体，以导热性物质为填料，经过混均匀分散后而得到的具有一定导热功能的多相复合体系。它既具有导热功能又具有聚合物材料的许多优异特性，可以在较大范围内调节材料的导热、导电及力学性能，因而有广泛的应用前景。
传统导热材料多为金属和金属氧化物，以及其他非金属材料(如石墨、炭黑、AlN、SiC等)。随着科学技术和工业生产的发展，许多特殊导热场合对导热材料提出了更高要求，希望其具有更加优良的综合性能，如质轻、耐化学腐蚀性强、电绝缘性优异、耐冲击、加工成型简便等。由于聚合物材料具有优良的耐腐蚀性能和力学性能及电绝缘性能，因而人们逐渐用聚合物材料代替传统导热材料，但聚合物材料大都是热的不良导体，热导率较低，但加入导热性物质后，又会成为导热材料。
导热绝缘聚合物基复合材料因其优异的综合性能及其在电磁屏蔽、电子信息、热工测量技术、化工、机械工程等领域的特殊用途，已得到愈来愈多的关注与竞相研究开发。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：
⑴如何通过加入高强度体系来提高导热绝缘材料的拉伸强度、弯曲强度以及缺口冲击强度；
⑵如何改善由于加入高强度体系后导致导热绝缘材料导热系数降低的技术问题。
本发明解决以上技术问题的技术方案是：
一种高强度导热绝缘材料，包括导热绝缘材料基体和高强度体系，高强度体系的加入量为所述导热绝缘材料重量的3.2-3.4％；导热绝缘材料基体的重量份组分包括：氧化铝12.5-12.7份、氧化镁5.5-5.7份、碳化硅2.1-2.3份，硅烷偶联剂3.1-3.3份、硝酸钙2.4-2.6份、对苯二酚4.1-4.3份、乙酸镍3.8-4份、乙醇12-14份、环氧树脂14-16份、二甲基丙烯酰胺5.1-5.3份、偏硅酸钠2.2-2.4份、苯三唑6.1-6.3份；高强度体系的重量份组分包括：纳米二氧化硅8.7-8.9份，乙氧基化烷基胺21-33份，甲基含氢硅油61-63份，羟基聚二甲基硅氧烷4.7-4.9份，乙烯基三甲氧基硅烷8.7-8.9份，聚磷酸铵2.5-2.7份，纳米蒙脱土3.2-3.4份，气相法白炭黑3.5-3.7份，γ-氨丙基三乙氧基硅烷2.6-2.8份，烷基酚聚氧乙烯醚5.1-5.3份，增韧剂1.7-1.9份，活性稀释剂1.1-1.3份，相容剂2.5-2.7份，偶联剂1.2-1.4份，流平剂1.1-1.3份，混合氯化稀土0.3-0.5份；纳米二氧化硅的粒径为20-30nm，纳米蒙脱土的粒径为20-30nm。
本发明高强度导热绝缘材料的制备方法为：
㈠以设定的重量份，将氧化铝、氧化镁、碳化硅、硅烷偶联剂、硝酸钙、对苯二酚、乙酸镍、乙醇、环氧树脂、二甲基丙烯酰胺、偏硅酸钠、苯三唑加入搅拌机中，加热搅拌，冷却至室温；加热温度为40-60℃，搅拌速度为300-500rpm；
㈡按设定的重量份将高强度体系各组分进行加热搅拌混合均匀得到高强度体系；加热温度为85-87℃，搅拌速度为250-300rpm；
㈢将导热绝缘材料基体与高强度体系按设定的配比进行混合，在真空条件下加热搅拌，冷却至室温，固化，即得；真空度为0.08-0.1MPa，加热温度为50-70℃。
本发明进一步限定的技术方案是：
前述的高强度导热绝缘材料，增韧剂为苯乙烯-丁二烯热塑性弹性体、氯化聚乙烯或乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中的一种或一种以上混合物；活性稀释剂为烷基缩水甘油醚、辛葵酸缩水甘油酯、三羟甲基丙烷三缩水甘油醚、甲苯缩水甘油醚、蓖麻油多缩水甘油醚中的一种或一种以上混合物；相容剂为马来酸酐接枝改性聚丙烯；偶联剂为乙烯基三丁酮肟基硅烷偶联剂、甲基乙烯基二氯硅烷偶联剂、甲基三丁酮肟基硅烷偶联剂中的一种或一种以上混合物；流平剂为异佛尔酮、二丙酮醇、氟改性丙烯酸、磷酸酯改性丙烯酸、丙烯酸、聚二甲基硅氧烷、聚甲基烷基硅氧烷、有机改性聚硅氧烷中的一种或一种以上混合物。
本发明的有益效果是：本发明提供的导热绝缘材料具有强度高、绝缘性能好的优点。实验结果显示，本发明的高强度体系能有效增强导热绝缘材料的拉伸强度、弯曲强度以及缺口冲击强度，当由高强度体系加入导热绝缘材料基体后，能使本发明导热绝缘材料拉伸强度提高至少1.5倍以上，弯曲强度提高至少1.3倍以上，缺口冲击强度提高至少1.3倍以上，拉伸强度可达95-98MPa，弯曲强度可达120-128MPa，缺口冲击强度可达5.5-6MPa。但“纳米二氧化硅、乙氧基化烷基胺、甲基含氢硅油、羟基聚二甲基硅氧烷、乙烯基三甲氧基硅烷、聚磷酸铵、短切玻璃纤维、纳米蒙脱土、气相法白炭黑、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、烷基酚聚氧乙烯醚和增韧剂”组成的高强度体系加入后导热绝缘材料的结构存在破损和塌陷，导热系数有所下降；而加入活性稀释剂、相容剂、偶联剂、流平剂和混合氯化稀土后可以提高其与导热绝缘材料基体的相容性，使导热绝缘材料的结构更规整，导热系数有所提高，导热系数达到7.5～7.9。综合结果显示，当本发明高强度体系的加入量为导热绝缘材料基体重量的3.2-3.4％时，导热绝缘材料的拉伸强度、弯曲强度、缺口冲击强度以及导热系数能达到一个平衡点，拉伸强度、弯曲强度、缺口冲击强度以及导热系数均较优。另外，实验结果显示，本发明高强度体系的加入还能有效改善导热绝缘材料的耐高温性能，耐热等级可达200-230℃；另外，还能有效提高导热绝缘材料的防静电性能，获得了意想不到的技术效果。综上所述，本发明通过加入高强度体系，可以提高导热绝缘材料的拉伸强度、弯曲强度、缺口冲击强度、导热系数、耐高温性能以及抗静电性能。
具体实施方式
实施例1
本实施例是一种高强度导热绝缘材料，包括导热绝缘材料基体和高强度体系，高强度体系的加入量为导热绝缘材料重量的3.2％。
导热绝缘材料基体的重量份组分包括：氧化铝12.5份、氧化镁5.5份、碳化硅2.1份，硅烷偶联剂3.1份、硝酸钙2.4份、对苯二酚4.1份、乙酸镍3.8份、乙醇12份、环氧树脂14份、二甲基丙烯酰胺5.1份、偏硅酸钠2.2份、苯三唑6.1份。
高强度体系的重量份组分包括：纳米二氧化硅8.7份，乙氧基化烷基胺21份，甲基含氢硅油61份，羟基聚二甲基硅氧烷4.7份，乙烯基三甲氧基硅烷8.7份，聚磷酸铵2.5份，纳米蒙脱土3.2份，气相法白炭黑3.5份，γ-氨丙基三乙氧基硅烷2.6份，烷基酚聚氧乙烯醚5.1份，增韧剂1.7份，活性稀释剂1.1份，相容剂2.5份，偶联剂1.2份，流平剂1.1份，混合氯化稀土0.3份；纳米二氧化硅的粒径为20nm，纳米蒙脱土的粒径为20nm。
其中，增韧剂为苯乙烯-丁二烯热塑性弹性体；活性稀释剂为烷基缩水甘油醚；相容剂为马来酸酐接枝改性聚丙烯；偶联剂为乙烯基三丁酮肟基硅烷偶联剂；流平剂为异佛尔酮。
本发明高强度导热绝缘材料的制备方法为：
㈠以设定的重量份，将氧化铝、氧化镁、碳化硅、硅烷偶联剂、硝酸钙、对苯二酚、乙酸镍、乙醇、环氧树脂、二甲基丙烯酰胺、偏硅酸钠、苯三唑加入搅拌机中，加热搅拌，冷却至室温；加热温度为40℃，搅拌速度为300rpm；
㈡按设定的重量份将高强度体系各组分进行加热搅拌混合均匀得到高强度体系；加热温度为85℃，搅拌速度为250rpm；
㈢将导热绝缘材料基体与高强度体系按设定的配比进行混合，在真空条件下加热搅拌，冷却至室温，固化，即得；真空度为0.08MPa，加热温度为50℃。
实施例2
本实施例是一种高强度导热绝缘材料，包括导热绝缘材料基体和高强度体系，高强度体系的加入量为导热绝缘材料重量的3.3％。
导热绝缘材料基体的重量份组分包括：氧化铝12.6份、氧化镁5.6份、碳化硅2.2份，硅烷偶联剂3.2份、硝酸钙2.5份、对苯二酚4.2份、乙酸镍3.9份、乙醇13份、环氧树脂15份、二甲基丙烯酰胺5.2份、偏硅酸钠2.3份、苯三唑6.2份。
高强度体系的重量份组分包括：纳米二氧化硅8.8份，乙氧基化烷基胺22份，甲基含氢硅油62份，羟基聚二甲基硅氧烷4.8份，乙烯基三甲氧基硅烷8.8份，聚磷酸铵2.6份，纳米蒙脱土3.3份，气相法白炭黑3.6份，γ-氨丙基三乙氧基硅烷2.7份，烷基酚聚氧乙烯醚5.2份，增韧剂1.8份，活性稀释剂1.2份，相容剂2.6份，偶联剂1.3份，流平剂1.2份，混合氯化稀土0.4份；纳米二氧化硅的粒径为25nm，纳米蒙脱土的粒径为25nm。
其中，增韧剂为氯化聚乙烯；活性稀释剂为辛葵酸缩水甘油酯；相容剂为马来酸酐接枝改性聚丙烯；偶联剂为甲基乙烯基二氯硅烷偶联剂；流平剂为二丙酮醇。
本发明高强度导热绝缘材料的制备方法为：
㈠以设定的重量份，将氧化铝、氧化镁、碳化硅、硅烷偶联剂、硝酸钙、对苯二酚、乙酸镍、乙醇、环氧树脂、二甲基丙烯酰胺、偏硅酸钠、苯三唑加入搅拌机中，加热搅拌，冷却至室温；加热温度为50℃，搅拌速度为400rpm；
㈡按设定的重量份将高强度体系各组分进行加热搅拌混合均匀得到高强度体系；加热温度为86℃，搅拌速度为280rpm；
㈢将导热绝缘材料基体与高强度体系按设定的配比进行混合，在真空条件下加热搅拌，冷却至室温，固化，即得；真空度为0.09MPa，加热温度为60℃。
实施例3
本实施例是一种高强度导热绝缘材料，包括导热绝缘材料基体和高强度体系，高强度体系的加入量为导热绝缘材料重量的3.4％。
导热绝缘材料基体的重量份组分包括：氧化铝12.7份、氧化镁5.7份、碳化硅2.3份，硅烷偶联剂3.3份、硝酸钙2.6份、对苯二酚4.3份、乙酸镍4份、乙醇14份、环氧树脂16份、二甲基丙烯酰胺5.3份、偏硅酸钠2.4份、苯三唑6.3份。
高强度体系的重量份组分包括：纳米二氧化硅8.9份，乙氧基化烷基胺33份，甲基含氢硅油63份，羟基聚二甲基硅氧烷4.9份，乙烯基三甲氧基硅烷8.9份，聚磷酸铵2.7份，纳米蒙脱土3.4份，气相法白炭黑3.7份，γ-氨丙基三乙氧基硅烷2.8份，烷基酚聚氧乙烯醚5.3份，增韧剂1.9份，活性稀释剂1.3份，相容剂2.7份，偶联剂1.4份，流平剂1.3份，混合氯化稀土0.5份；纳米二氧化硅的粒径为30nm，纳米蒙脱土的粒径为30nm。
其中，增韧剂为乙烯-醋酸乙烯酯共聚物；活性稀释剂为三羟甲基丙烷三缩水甘油醚；相容剂为马来酸酐接枝改性聚丙烯；偶联剂为甲基三丁酮肟基硅烷偶联剂；流平剂为聚二甲基硅氧烷。
本发明高强度导热绝缘材料的制备方法为：
㈠以设定的重量份，将氧化铝、氧化镁、碳化硅、硅烷偶联剂、硝酸钙、对苯二酚、乙酸镍、乙醇、环氧树脂、二甲基丙烯酰胺、偏硅酸钠、苯三唑加入搅拌机中，加热搅拌，冷却至室温；加热温度为60℃，搅拌速度为500rpm；
㈡按设定的重量份将高强度体系各组分进行加热搅拌混合均匀得到高强度体系；加热温度为87℃，搅拌速度为300rpm；
㈢将导热绝缘材料基体与高强度体系按设定的配比进行混合，在真空条件下加热搅拌，冷却至室温，固化，即得；真空度为0.1MPa，加热温度为70℃。
将实施例1-5所得材料进行性能测试，结果如下：
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种高强度导热绝缘材料，其特征在于：包括导热绝缘材料基体和高强度体系，所述高强度体系的加入量为所述导热绝缘材料重量的3.2-3.4%；
所述导热绝缘材料基体的重量份组分包括：氧化铝12.5-12.7份、氧化镁5.5-5.7份、碳化硅2.1-2.3份，硅烷偶联剂3.1-3.3份、硝酸钙2.4-2.6份、对苯二酚4.1-4.3份、乙酸镍3.8-4份、乙醇12-14份、环氧树脂14-16份、二甲基丙烯酰胺5.1-5.3份、偏硅酸钠2.2-2.4份、苯三唑6.1-6.3份；
所述高强度体系的重量份组分包括：纳米二氧化硅8.7-8.9份，乙氧基化烷基胺21-33份，甲基含氢硅油61-63份，羟基聚二甲基硅氧烷4.7-4.9份，乙烯基三甲氧基硅烷8.7-8.9份，聚磷酸铵2.5-2.7份，纳米蒙脱土3.2-3.4份，气相法白炭黑3.5-3.7份，γ-氨丙基三乙氧基硅烷2.6-2.8份，烷基酚聚氧乙烯醚5.1-5.3份，增韧剂1.7-1.9份，活性稀释剂1.1-1.3份，相容剂2.5-2.7份，偶联剂1.2-1.4份，流平剂1.1-1.3份，混合氯化稀土0.3-0.5份；所述的纳米二氧化硅的粒径为20-30nm，所述的纳米蒙脱土的粒径为20-30nm。
2.如权利要求1所述的高强度导热绝缘材料，其特征在于：所述增韧剂为苯乙烯-丁二烯热塑性弹性体、氯化聚乙烯或乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中的一种或一种以上混合物；所述活性稀释剂为烷基缩水甘油醚、辛葵酸缩水甘油酯、三羟甲基丙烷三缩水甘油醚、甲苯缩水甘油醚、蓖麻油多缩水甘油醚中的一种或一种以上混合物；所述相容剂为马来酸酐接枝改性聚丙烯；所述偶联剂为乙烯基三丁酮肟基硅烷偶联剂、甲基乙烯基二氯硅烷偶联剂、甲基三丁酮肟基硅烷偶联剂中的一种或一种以上混合物；所述流平剂为异佛尔酮、二丙酮醇、氟改性丙烯酸、磷酸酯改性丙烯酸、丙烯酸、聚二甲基硅氧烷、聚甲基烷基硅氧烷、有机改性聚硅氧烷中的一种或一种以上混合物。
3.如权利要求1或2所述的高强度导热绝缘材料，其特征在于：包括导热绝缘材料基体和高强度体系，所述高强度体系的加入量为所述导热绝缘材料重量的3.2%；
所述导热绝缘材料基体的重量份组分包括：氧化铝12.5份、氧化镁5.5份、碳化硅2.1份，硅烷偶联剂3.1份、硝酸钙2.4份、对苯二酚4.1份、乙酸镍3.8份、乙醇12份、环氧树脂14份、二甲基丙烯酰胺5.1份、偏硅酸钠2.2份、苯三唑6.1份；
所述高强度体系的重量份组分包括：纳米二氧化硅8.7份，乙氧基化烷基胺21份，甲基含氢硅油61份，羟基聚二甲基硅氧烷4.7份，乙烯基三甲氧基硅烷8.7份，聚磷酸铵2.5份，纳米蒙脱土3.2份，气相法白炭黑3.5份，γ-氨丙基三乙氧基硅烷2.6份，烷基酚聚氧乙烯醚5.1份，增韧剂1.7份，活性稀释剂1.1份，相容剂2.5份，偶联剂1.2份，流平剂1.1份，混合氯化稀土0.3份；所述的纳米二氧化硅的粒径为20nm，所述的纳米蒙脱土的粒径为20nm。
4.如权利要求1或2所述的高强度导热绝缘材料，其特征在于：包括导热绝缘材料基体和高强度体系，所述高强度体系的加入量为所述导热绝缘材料重量的3.3%；
所述导热绝缘材料基体的重量份组分包括：氧化铝12.6份、氧化镁5.6份、碳化硅2.2份，硅烷偶联剂3.2份、硝酸钙2.5份、对苯二酚4.2份、乙酸镍3.9份、乙醇13份、环氧树脂15份、二甲基丙烯酰胺5.2份、偏硅酸钠2.3份、苯三唑6.2份；
所述高强度体系的重量份组分包括：纳米二氧化硅8.8份，乙氧基化烷基胺22份，甲基含氢硅油62份，羟基聚二甲基硅氧烷4.8份，乙烯基三甲氧基硅烷8.8份，聚磷酸铵2.6份，纳米蒙脱土3.3份，气相法白炭黑3.6份，γ-氨丙基三乙氧基硅烷2.7份，烷基酚聚氧乙烯醚5.2份，增韧剂1.8份，活性稀释剂1.2份，相容剂2.6份，偶联剂1.3份，流平剂1.2份，混合氯化稀土0.4份；所述的纳米二氧化硅的粒径为25nm，所述的纳米蒙脱土的粒径为25nm。
5.如权利要求1或2所述的高强度导热绝缘材料，其特征在于：包括导热绝缘材料基体和高强度体系，所述高强度体系的加入量为所述导热绝缘材料重量的3.4%；
所述导热绝缘材料基体的重量份组分包括：氧化铝12.7份、氧化镁5.7份、碳化硅2.3份，硅烷偶联剂3.3份、硝酸钙2.6份、对苯二酚4.3份、乙酸镍4份、乙醇14份、环氧树脂16份、二甲基丙烯酰胺5.3份、偏硅酸钠2.4份、苯三唑6.3份；
所述高强度体系的重量份组分包括：纳米二氧化硅8.9份，乙氧基化烷基胺33份，甲基含氢硅油63份，羟基聚二甲基硅氧烷4.9份，乙烯基三甲氧基硅烷8.9份，聚磷酸铵2.7份，纳米蒙脱土3.4份，气相法白炭黑3.7份，γ-氨丙基三乙氧基硅烷2.8份，烷基酚聚氧乙烯醚5.3份，增韧剂1.9份，活性稀释剂1.3份，相容剂2.7份，偶联剂1.4份，流平剂1.3份，混合氯化稀土0.5份；所述的纳米二氧化硅的粒径为30nm，所述的纳米蒙脱土的粒径为30nm。
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