CN107760256A - 一种低收缩导热阻燃双组分缩合型有机硅灌封胶及其制备方法和应用 - Google Patents

一种低收缩导热阻燃双组分缩合型有机硅灌封胶及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明属于灌封材料技术领域，公开了一种低收缩导热阻燃双组分缩合型有机硅灌封胶及其制备方法和应用。该有机硅灌封胶是由重量比为10:1～5:1的组分A和组分B组成；组分A由以下按重量份数计的原料组成：100份的基胶，30～80份的增塑剂A，0.01～3份的色料，0.1～1份的固化促进剂；组分B由以下按重量份数计的原料组成：80～300份的交联剂，10～60份的偶联剂，0.5～1.5份的催化剂，100～500份的增塑剂B。基胶由以下按重量份数计的原料组成：100份的液体硅橡胶，3～10份的补强填料，20～80份的导热填料，20～100份的阻燃填料，3～10份的表面处理剂，3～20份功能性填料。

Description

一种低收缩导热阻燃双组分缩合型有机硅灌封胶及其制备方 法和应用
技术领域
本发明属于灌封材料技术领域，特别涉及一种低收缩导热阻燃双组分缩合型有机硅灌封胶及其制备方法和应用。
背景技术
有机硅高分子材料因特殊的硅氧键主链结构而具有独特的耐气候、耐老化性能，优异的耐高低温性能，良好的疏水性、机械性能、电绝缘等性能，因而被广泛用于电子电器元件的灌封保护。
室温硫化液体硅橡胶按照包装方式可分为单组分和双组分，按照硫化机理可分为缩合型和加成型。国内外用于电子元器件的有机硅灌封胶多为单组分产品，其电气性能、防水、耐候、耐老化性能较好，但硫化后的弹性体与金属的粘接性较差且不能深层固化；双组分加成型有机硅胶中的铂金催化剂在遇到氮，硫，磷，铅，锡，汞等几种元素时会“中毒”导致不固化，而且双组分加成型有机硅胶基本没有粘接性；因此目前电子元器件的灌封普遍采用双组份缩合型有机硅胶。随着电子工业的发展，电子元器件、大型集成路板等高科技技术趋于密集化和小型化，比如LED小间距显示屏。这就要求灌封材料不但具有优良的耐高低温性能、电绝缘性能，还要具有良好的导热和阻燃性能。但未经填充的硅橡胶的导热性能很差，导热系数只有0.3W/(m·K)；同时阻燃性能较差，一经点燃就能完全燃烧；且缩合型灌封胶存在线性收缩率略大的问题，会导致胶与壳体或与电子元器件的分离，不能满足电子灌封胶的具体要求。
公开号为CN 101565600A、名称为“低硬度高柔韧性的双组分缩合型有机硅灌封胶组合物”的中国专利申请介绍了一种用于LED显示屏模块的双组分缩合型灌封胶，主要成分为107胶、增塑剂、交联剂、催化剂和填料，灌封胶具有低硬度高柔韧性，未涉及灌封胶的导热阻燃性能，LED灯珠产出的热量难以散出，将影响显示屏使用寿命。公开号为CN104017536A、名称为“高透明、深层固化速度快的双组份缩合型有机硅灌封胶”的中国专利申请介绍了一种用于LED灯条的双组分缩合型灌封胶，通过羟基硅油脱水缩合，避免添加水或含水物质来保证灌封胶的透明性，亦没有涉及导热阻燃。公开号为CN 105585999A、名称为“LED光学透镜用缩合型双组分灌封胶及其制备方法”的中国专利申请介绍了一种LED光学透镜用低粘度、易消泡、收缩率小和附着力佳的双组分缩合型有机硅灌封胶，通过制备乳化剂实现灌封胶内外同步固化，未涉及降低收缩率的方法，且灌封胶制备工艺复杂。公开号为CN104745141A、名称为“一种双组分缩合型有机硅灌封胶及其制备方法和应用”的中国专利申请介绍了一种用于LED驱动电源的双组份缩合型有机硅灌封胶，仅单方面涉及灌封胶的导热或者阻燃性能。公开号为CN 105112005A、名称为“高强度阻燃导热缩合型电源密封胶及其制备方法”的中国专利申请介绍了一种用于电源密封的双组分缩合型有机硅灌封胶，主要解决灌封胶粘接、导热、阻燃性能，实例中导热系数仅0.4W·m-1·K-1，不能很好导出热量，且没涉及降低收缩率的方法。同时以上制备双组分缩合型有机硅灌封胶的技术方案中，均采用常规增塑剂：二甲基硅油，这虽使硅橡胶分子链之间可以滑动，从而使伸长率和膨胀系数增加，但膨胀系数增加使得灌封胶在使用过程中的应力变大，会出现灌封胶与电子元器件剥离，不能满足灌封要求。
发明内容
为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的首要目的在于提供一种低收缩导热阻燃双组分缩合型有机硅灌封胶。
本发明的再一目的在于提供一种上述低收缩导热阻燃双组分缩合型有机硅灌封胶的制备方法。
本发明的又一目的在于提供一种上述低收缩导热阻燃双组分缩合型有机硅灌封胶的应用。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种低收缩导热阻燃双组分缩合型有机硅灌封胶，该有机硅灌封胶是由重量比为10:1～5:1的组分A和组分B组成；
所述组分A由以下按重量份数计的原料组成：100份的基胶，30～80份的增塑剂A，0.01～3份的色料，0.1～1份的固化促进剂；
所述组分B由以下按重量份数计的原料组成：80～300份的交联剂，10～60份的偶联剂，0.5～1.5份的催化剂，100～500份的增塑剂B；
所述基胶由以下按重量份数计的原料组成：100份的液体硅橡胶，3～10份的补强填料，20～80份的导热填料，20～100份的阻燃填料，3～10份表面处理剂，3～20份功能性填料；
所述液体硅橡胶为羟基封端聚二甲基硅氧烷，其粘度为500～5000cps；
所述补强填料为碳酸钙、气相白炭黑、沉淀白炭黑和石英粉中的一种；
所述导热填料为氧化铝、氮化铝、氮化硼和碳化硅中的一种或两种以上的混合物，平均粒径为2～15μm；
所述阻燃填料为氢氧化铝、氢氧化镁、硼酸锌、三聚氰胺和氧化锑中的一种或两种以上的混合物，平均粒径为2～10μm；
所述表面处理剂为脂肪酸、硅氮烷、硅氧烷或有机金属偶联剂；
所述功能性填料为中空玻璃微球、玻璃纤维、聚醋酸乙烯酯和聚乙烯醇缩醛中的一种或两种以上的混合物，平均粒径为15～30μm；
所述增塑剂A为二甲基硅油，其粘度为50～100cps；
所述色料为炭黑或铁黑；
所述固化促进剂为去离子水或甘油有机磷酸钙；
所述交联剂为正硅酸乙酯、甲基三乙氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、四乙氧基硅烷和四丙氧基硅烷中的一种或两种以上的混合物；
所述偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷、β-(3，4-环氧基环己基)乙基三甲氧基硅烷、γ-氯丙基三乙氧基硅烷、δ-氨基新己基三甲氧基硅烷中的一种或至少两种的混合物；
所述催化剂为二醋酸二丁基锡、二月桂酸二丁基锡、二月桂酸二辛基锡、乙酞乙酸乙酯锡中的一种；
所述增塑剂B为二甲基硅油，其粘度为100～500cps。
所述有机硅灌封胶的热导率达到0.8～1.0W·m-1·K-1，阻燃等级达到V-0，收缩率为0.05％～0.1％。
上述的一种低收缩导热阻燃双组分缩合型有机硅灌封胶的制备方法，包括以下步骤：
(1)将液体硅橡胶、补强填料、导热填料、阻燃填料、表面处理剂和功能性填料加入到真空捏合机中，共混30-90分钟，然后升温至150℃，反应4小时，反应结束后，静置冷却，用三辊机研磨1-3次获得基胶；
(2)将基胶、增塑剂A、色料和固化促进剂混合，搅拌均匀，抽真空，冷却至常温，得到组分A；
(3)将交联剂、偶联剂、催化剂、增塑剂B添加到反应釜中，真空搅拌，混合均匀，出料，陈化24h后，滤除沉淀物，得到组分B；
(4)将步骤(2)所得组分A和步骤(3)所得组分B按重量比为10:1～5:1的比例混合均匀，脱泡后得到低收缩导热阻燃双组分缩合型有机硅灌封胶。
上述的一种低收缩导热阻燃双组分缩合型有机硅灌封胶在密集化和小型化的大型集成线路板和LED领域的灌封中的应用。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及有益效果：
本发明采用的羟基封端聚二甲基硅氧烷粘度范围为500～5000cps，通常称107胶，在制备一定粘度的灌封胶时，可以增加填料的份数，提高产品的导热性能和阻燃性能；增塑剂为二甲基硅油，避免白油对粘接、耐候性的危害；配方体系含偶联剂组分，可增加灌封胶固化后对基材的粘附力；使用深层固化剂，可以提高灌封胶固化速度的同时降低催化剂的添加量来避免产品完全固化后，出现还原的现象，以及耐热不高的缺点；采用一定粒径经表面处理的球型导热填料和阻燃填料，可以提高导热填料、阻燃填料和基础硅油之间的相容性，而且球型颗粒紧密堆砌，体系中形成了非常致密的网络结构，同时球型颗粒填料对粘度影响较小，可兼顾高热导率、高阻燃和流动性；采用一定粒径经表面处理的功能性填料，使灌封胶体系和填料在固化过程中固化部分的极性发生变化，在其周围出现较多填料分散相位，发生相位分离可以抵消部分体积收缩，同时又可降低灌封胶的密度。因此，本发明双组分缩合型有机硅灌封胶具有极低的收缩率，高导热系数，高的阻燃性能，粘接力强，以及深层固化快，固化后，具有较好的力学性能，对电子元器件起到很好的灌封保护作用，经各种老化测试不会出现开胶、脱落等现象。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
(1)将100重量份粘度为500cps的107胶、3重量份气相白炭黑、80重量份氧化铝、100重量份氢氧化铝3重量份六甲基二硅氧烷和20重量份聚醋酸乙烯酯加入到真空捏合机中，共混30-90分钟，然后升温至150℃，反应4小时，反应结束后，静置冷却，用三辊机研磨1-3次获得基胶；
(2)将100重量份步骤(1)所得基胶，30重量份二甲基硅油(粘度100cps)，0.3重量份炭黑，0.2重量份去离子水加入釜中，搅拌均匀，抽真空，冷却至常温，即可制得组分A；
(3)将60重量份四乙氧基硅烷，30重量份乙烯基三乙氧基硅烷、20重量份γ-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷，0.5重量份二月桂酸二丁基锡，100重量份甲基硅油(粘度500cps)加到釜中，搅拌均匀，出料，陈化24h后，滤除沉淀物，得到组分B；
(4)将步骤(2)所得组分A和步骤(3)所得组分B按10:1的重量比例混合均匀，脱泡后得到低收缩导热阻燃双组分缩合型有机硅灌封胶。
实施例2
(1)将100重量份粘度为5000cps的107胶、10重量份沉淀白炭黑、45重量份氧化铝、20重量份氮化硼、40重量份氢氧化铝、20重量份氧化锑、10重量份六甲基二硅氧烷和3重量份中空玻璃微球加入到真空捏合机中，共混30-90分钟，然后升温至150℃，反应4小时，反应结束后，静置冷却，用三辊机研磨1-3次获得基胶；
(2)将100重量份步骤(1)所得基胶，80重量份甲基硅油(粘度50cps)，1重量份炭黑，1重量份去离子水加入釜中，搅拌均匀，抽真空，冷却至常温，即可制得组分A；
(3)将150重量份四乙氧基硅烷，50重量份乙烯基三乙氧基硅烷、25重量份γ-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷，0.8重量份二月桂酸二丁基锡，500重量份甲基硅油(粘度100cps)加到釜中，搅拌均匀，出料，陈化24h后，滤除沉淀物，得到组分B；
(4)将步骤(2)所得组分A和步骤(3)所得组分B按5:1的重量比例混合均匀，脱泡后得到低收缩导热阻燃双组分缩合型有机硅灌封胶。
实施例3
(1)将100重量份粘度为2500cps份107胶、3重量份气相白炭黑、5重量份沉淀白炭黑、35重量份氮化硼、20重量份氮化铝、20重量份硼酸锌、7重量份六甲基二硅氧烷和10重量份聚醋酸乙烯酯加入到真空捏合机中，共混30-90分钟，然后升温至150℃，反应4小时，反应结束后，静置冷却，用三辊机研磨1-3次获得基胶；
(2)将100重量份步骤(1)所得基胶，50重量份甲基硅油(粘度50cps)，0.5重量份炭黑，0.1重量份甘油磷酸钙加入釜中，搅拌均匀，抽真空，冷却至常温，即可制得组分A；
(3)将120重量份四乙氧基硅烷，20重量份乙烯基三乙氧基硅烷、25重量份γ-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷，0.5重量份二月桂酸二丁基锡，250重量份甲基硅油(粘度200cps)加到釜中，搅拌均匀，出料，陈化24h后，滤除沉淀物，得到组分B；
(4)将步骤(2)所得组分A和步骤(3)所得组分B按10:1的重量比例混合均匀，脱泡后得到低收缩导热阻燃双组分缩合型有机硅灌封胶。
实施例4
(1)将100重量份粘度为1500cps份107胶、5重量份气相白炭黑、20重量份氮化铝、50重量份硼酸锌、5重量份硬脂酸和15重量份聚醋酸乙烯酯加入到真空捏合机中，共混30-90分钟，然后升温至150℃，反应4小时，反应结束后，静置冷却，用三辊机研磨1-3次获得基胶；
(2)将100重量份步骤(1)所得基胶，70重量份甲基硅油(粘度50cps)，3重量份炭黑，0.1重量份甘油磷酸钙加入釜中，搅拌均匀，抽真空，冷却至常温，即可制得组分A；
(3)将150重量份四乙氧基硅烷，50重量份乙烯基三乙氧基硅烷、35重量份γ-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷，1.5重量份二月桂酸二丁基锡，350重量份甲基硅油(粘度350cps)加到釜中，搅拌均匀，出料，陈化24h后，滤除沉淀物，得到组分B；
(4)将步骤(2)所得组分A和步骤(3)所得组分B按10:1的重量比例混合均匀，脱泡后得到低收缩导热阻燃双组分缩合型有机硅灌封胶。
实施例5
(1)将100重量份粘度为3000cps份107胶、5重量份气相白炭黑、35重量份氮化硼、50重量份氢氧化铝、20重量份三聚氰胺、10重量份六甲基二硅氧烷加入到真空捏合机中，共混30-90分钟，然后升温至150℃，反应4小时，反应结束后，静置冷却，用三辊机研磨1-3次获得基胶；
(2)将100重量份步骤(1)所得基胶，60重量份甲基硅油(粘度50cps)，2重量份炭黑，0.5重量份甘油磷酸钙加入釜中，搅拌均匀，抽真空，冷却至常温，即可制得组分A；
(3)将200重量份甲基三乙氧基硅烷，40重量份正硅酸乙酯、40重量份δ-氨基新己基三甲氧基硅烷，1重量份二月桂酸二丁基锡，400重量份甲基硅油(粘度350cps)加到釜中，搅拌均匀，出料，陈化24h后，滤除沉淀物，得到组分B；
(4)将步骤(2)所得组分A和步骤(3)所得组分B按10:1.5的重量比例混合均匀，脱泡后得到低收缩导热阻燃双组分缩合型有机硅灌封胶。
取实施例1～4制备得到的双组分缩合型有机硅灌封胶进行综合性能测试，测试方法见表1，测试结果见表2。
表1灌封胶性能测试方法
测试项目 标准号 标准名称
粘度 GB/T 2794-1995 胶粘剂粘度的测定
硬度 GB/T 531-2009 硫化橡胶或热塑性橡胶压入硬度试验方法
线性收缩率 HG/T 2625-1994 环氧浇铸树脂线性收缩率的测定
导热系数 GB/T 10294-2008 绝热材料稳态热阻及有关特性的测定
阻燃级别 GB/T 2408-2008 塑料燃烧性能的测定水平法和垂直法
老化测试 GB/T 16998-1997 热熔胶粘剂热稳定性测定
表2实施例1～5产品性能参数
由以上实施例可以看出，本发明的双组分缩合型有机硅灌封胶具有良好的流动性、极低的收缩率、高导热系数和高阻燃性能；且热老化性能好，非常适用于电子元器件的粘接、密封、灌封和涂覆保护。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种低收缩导热阻燃双组分缩合型有机硅灌封胶，其特征在于：该有机硅灌封胶是由重量比为10:1～5:1的组分A和组分B组成；
所述组分A由以下按重量份数计的原料组成：100份的基胶，30～80份的增塑剂A，0.01～3份的色料，0.1～1份的固化促进剂；
所述组分B由以下按重量份数计的原料组成：80～300份的交联剂，10～60份的偶联剂，0.5～1.5份的催化剂，100～500份的增塑剂B；
所述基胶由以下按重量份数计的原料组成：100份的液体硅橡胶，3～10份的补强填料，20～80份的导热填料，20～100份的阻燃填料，3～10份表面处理剂，3～20份功能性填料；
所述液体硅橡胶为羟基封端聚二甲基硅氧烷，其粘度为500～5000cps；
所述补强填料为碳酸钙、气相白炭黑、沉淀白炭黑和石英粉中的一种；
所述导热填料为氧化铝、氮化铝、氮化硼和碳化硅中的一种或两种以上的混合物，平均粒径为2～15μm；
所述阻燃填料为氢氧化铝、氢氧化镁、硼酸锌、三聚氰胺和氧化锑中的一种或两种以上的混合物，平均粒径为2～10μm；
所述表面处理剂为脂肪酸、硅氮烷、硅氧烷或有机金属偶联剂；
所述功能性填料为中空玻璃微球、玻璃纤维、聚醋酸乙烯酯和聚乙烯醇缩醛中的一种或两种以上的混合物，平均粒径为15～30μm；
所述增塑剂A为二甲基硅油，其粘度为50～100cps；
所述色料为炭黑或铁黑；
所述固化促进剂为去离子水或甘油有机磷酸钙；
所述交联剂为正硅酸乙酯、甲基三乙氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、四乙氧基硅烷和四丙氧基硅烷中的一种或两种以上的混合物；
所述偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷、β-(3，4-环氧基环己基)乙基三甲氧基硅烷、γ-氯丙基三乙氧基硅烷、δ-氨基新己基三甲氧基硅烷中的一种或至少两种的混合物；
所述催化剂为二醋酸二丁基锡、二月桂酸二丁基锡、二月桂酸二辛基锡、乙酞乙酸乙酯锡中的一种；
所述增塑剂B为二甲基硅油，其粘度为100～500cps。
2.根据权利要求1所述的一种低收缩导热阻燃双组分缩合型有机硅灌封胶，其特征在于：所述有机硅灌封胶的热导率达到0.8～1.0W·m-1·K-1，阻燃等级达到V-0，收缩率为0.05％～0.1％。
3.根据权利要求1所述的一种低收缩导热阻燃双组分缩合型有机硅灌封胶的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)将液体硅橡胶、补强填料、导热填料、阻燃填料、表面处理剂和功能性填料加入到真空捏合机中，共混30-90分钟，然后升温至150℃，反应4小时，反应结束后，静置冷却，用三辊机研磨1-3次获得基胶；
(2)将基胶、增塑剂A、色料和固化促进剂混合，搅拌均匀，抽真空，冷却至常温，得到组分A；
(3)将交联剂、偶联剂、催化剂、增塑剂B添加到反应釜中，真空搅拌，混合均匀，出料，陈化24h后，滤除沉淀物，得到组分B；
(4)将步骤(2)所得组分A和步骤(3)所得组分B按重量比为10:1～5:1的比例混合均匀，脱泡后得到低收缩导热阻燃双组分缩合型有机硅灌封胶。
4.根据权利要求1所述的一种低收缩导热阻燃双组分缩合型有机硅灌封胶在密集化和小型化的大型集成线路板和LED领域的灌封中的应用。
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