CN108250752A - 一种高分子导热复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高分子导热复合材料及其制备方法，属于高分子材料领域。以所述高分子导热复合材料的原料组分的总质量为基准计，本发明的高分子导热复合材料包括以下原料组分及重量百分比：线性硅油10‑25%、石蜡类物质10‑25%、偶联剂0.1‑2%、聚烯烃2‑5%、球形填料35‑50%、针状填料10‑25%、抗氧化剂0.2‑2%、增粘剂2‑10%。本发明所提供的高分子导热复合材料，导热性能优于市售导热材料，高温下析油率低，不会污染电子产品，且稳定性好，不易在反复高低温过程中老化，使用寿命长。并且本发明的高分子导热复合材料制备方法简单，加工方便、成本低。

Description

一种高分子导热复合材料及其制备方法

技术领域

本发明属于高分子材料领域，尤其涉及一种高分子导热复合材料及其制备方法。

背景技术

目前，微电子的组装愈来愈密集化，其工作环境急剧向高温方向变化。电子元器件温度每升高2℃，其可靠性下降10％，因此散热是否及时成为影响其使用寿命的重要因素。随着电子产品的小型化和功能集成化，电子器件内部结构越来越复杂，元器件密度越来越高，发热量越来越大，对导热材料的要求也越来越高。

导热材料粘附在器件表面或填充在两个面之间的缝隙之中，可以排除间隙内部空气，保护器件不受外界侵蚀，吸收运动或变形应力，将内部器件运行产生的热量及时传导出来，同时起到导热、密封、填充、绝缘、减震和防腐作用，是一种用途十分广泛的功能性材料。

近年来发展起来的高分子导热材料总体可以分为两类：非固化的导热膏和固化的导热胶/片。其中，导热膏应用工艺简单，操作快捷方便，涂装效率高，容易跟上电子行业生产节拍，应用比较广泛。但是，目前市场上的导热膏有效寿命普遍较短，在电子器件反复升温降温过程中小分子逐渐挥发渗出，除了污染器件外，导热膏本身因为成分比例变化而逐渐干裂粉化脱落，导热效果降低，严重影响电子产品的使用性能和寿命。

因此，开发一种散热效率高、成本较低、介电性能良好，同时还可以起到绝缘和密封作用的高分子导热材料势在必行。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种高分子导热复合材料及其制备方法，克服现有技术中存在的导热效果差、寿命短、容易在升降温过程中渗出小分子物质污染器件等缺陷。

为了实现上述目的或者其他目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种高分子导热复合材料，以所述高分子导热复合材料的原料组分的总质量为基准计，所述高分子导热复合材料包括以下原料组分及重量百分比：线性硅油10-25％、石蜡类物质10-25％、偶联剂0.1-2％、聚烯烃2-5％、球形填料35-50％、针状填料10-25％、抗氧化剂0.2-2％、增粘剂2-10％。

进一步地，所述线性硅油的粘度为10～100000mPa·s。

进一步地，所述线性硅油具有如下结构：

其中，R1代表单价取代基，单价取代基可以是烷基、取代烷基、烯基、炔基、芳基、烷氧基中的一种，n为不小于1的整数，并且线性硅油中芳基的重量百分比含量≥5％。

进一步地，所述石蜡类物质选自液体石蜡或切片石蜡或半精炼石蜡或全精炼石蜡，或液体石蜡与固体石蜡的混合物。

优选地，所述石蜡类物质的熔点为10-75℃。

进一步地，所述聚烯烃选自低密度的聚乙烯、聚丙烯或聚苯乙烯中的一种。

进一步地，所述偶联剂选自γ-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷和γ-缩水甘油醚基丙基三乙氧基硅烷中的一种或多种。

进一步地，所述球形填料粒径为0.1～100um。

优选地，所述球性填料可以是球形、类球形或片状形状的填料，选自金属粉末填料、金属氧化物填料、硅的氧化物、氮化物或碳化物填料中的一种或多种。更优选地，所述金属粉末填料是指铝、锌、铜填料。

进一步地，所述针状填料可以是柱状或端部截面逐渐缩小的柱状形状的填料，选自氧化锌晶须、碳酸钾晶须、氮化硅晶须、β-SiC晶须、石墨、纳米碳管、玻纤填料中的一种或多种。

进一步地，所述抗氧化剂选自四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、N，N′-双-[3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基]已二胺、1，2-双(3，5-二叔丁基-4-羟基-苯基丙酸)肼和三[2，4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯中的一种或多种。

进一步地，增粘剂选自脂族烃树脂、聚环戊二烯树脂、芳族改性氢化聚环戊二烯树脂、松香、松香酯、木松香、木松香酯、浮油松香、浮油松香酯、聚萜中的一种。

本发明还提供了一种制备上述高分子导热复合材料的方法，具体步骤为：

(1)将线性硅油、石蜡类物质、偶联剂、聚烯烃按重量百分比依次加入到搅拌机中，搅拌均匀，得到基体树脂；

(2)向步骤(1)得到的基体树脂中加入球形填料，搅拌，然后加入针状填料，继续搅拌；

(3)向步骤(2)获得的物料中依次加入抗氧化剂和增粘剂，在真空度为-0.1Mpa下搅拌，即得高分子导热复合材料。

优选地，步骤(1)中搅拌时间为30-60min，搅拌速度为500-1000转/分。

优选地，步骤(2)中加入球形填料后搅拌30-60min，加入针状填料后搅拌30-60min，搅拌速度为500-1000转/分。

优选地，步骤(3)中搅拌时间为30-60min，搅拌速度为500-1000转/分。

本发明所提供的高分子导热复合材料，导热性能优于市售导热材料，高温下析油率低于市售材料，并且反复高低温过程中老化变化小，稳定性好，不会污染电子产品，使用寿命持久。且本发明的高分子导热复合材料制备方法简单，加工方便、成本低。

具体实施方式

以下通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例1

一种高分子导热复合材料，包括：线性硅油10g、液体石蜡25g、γ-氨丙基三甲氧基硅烷0.5g、聚乙烯2g、球形氧化铝50g、针状氧化锌晶须10g、四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯0.5g、聚环戊二烯树脂2g；

制备方法为：

(1)将线性硅油、液体石蜡、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、聚乙烯依次加入到搅拌机中，搅拌速度为1000转/分，搅拌30min，搅拌均匀，得到基体树脂；

(2)向步骤(1)得到的基体树脂中加入球形氧化铝填料，搅拌30min，然后加入针状氧化锌晶须，继续搅拌30min，搅拌速度为1000转/分；

(3)向步骤(2)获得的物料中依次加入四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和聚环戊二烯树脂，在真空度为-0.1Mpa下搅拌60min，搅拌速度为1000转/分，即得高分子导热复合材料。

实施例2

一种高分子导热复合材料，包括：线性硅油25g、切片石蜡20g、γ-氨丙基三乙氧基硅烷2g、聚丙烯5g、球形氧化锌35g、针状碳酸钾晶须10g、N，N′-双-[3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基]已二胺1g、松香酯2g；

制备方法为：

(1)将线性硅油、切片石蜡、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、聚丙烯依次加入到搅拌机中，搅拌速度为500转/分，搅拌50min，搅拌均匀，得到基体树脂；

(2)向步骤(1)得到的基体树脂中加入球形氧化锌填料，搅拌60min，然后加入针状碳酸钾晶须，继续搅拌60min，搅拌速度为500转/分；

(3)向步骤(2)获得的物料中依次加入N，N′-双-[3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基]已二胺和松香酯，在真空度为-0.1Mpa下搅拌50min，搅拌速度为500转/分，即得高分子导热复合材料。

实施例3

一种高分子导热复合材料，包括：线性硅油15g、半精炼石蜡10g、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷0.1g、聚苯乙烯3g、球形氧化硅45g、针状氮化硅晶须14.9g、1，2-双(3，5-二叔丁基-4-羟基-苯基丙酸)肼2g、聚萜10g；

制备方法为：

(1)将线性硅油、半精炼石蜡、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、聚苯乙烯依次加入到搅拌机中，搅拌速度为700转/分，搅拌60min，搅拌均匀，得到基体树脂；

(2)向步骤(1)得到的基体树脂中加入球形氧化硅填料，搅拌50min，然后加入针状氮化硅晶须，继续搅拌50min，搅拌速度为700转/分；

(3)向步骤(2)获得的物料中依次加入1，2-双(3，5-二叔丁基-4-羟基-苯基丙酸)肼和聚萜，在真空度为-0.1Mpa下搅拌30min，搅拌速度为700转/分，即得高分子导热复合材料。

实施例4

一种高分子导热复合材料，包括：线性硅油20g、半精炼石蜡13g、γ-缩水甘油醚基丙基三乙氧基硅烷0.1g、聚乙烯2g、类球形氮化硅35g、针状β-SiC晶须25g、三[2，4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯0.2g、脂族烃树脂4.7g；

制备方法为：

(1)将线性硅油、半精炼石蜡、γ-缩水甘油醚基丙基三乙氧基硅烷、聚乙烯依次加入到搅拌机中，搅拌速度为700转/分，搅拌60min，搅拌均匀，得到基体树脂；

(2)向步骤(1)得到的基体树脂中加入类球形氮化硅填料，搅拌50min，然后加入针状β-SiC晶须，继续搅拌50min，搅拌速度为700转/分；

(3)向步骤(2)获得的物料中依次加入三[2，4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯和脂族烃树脂，在真空度为-0.1Mpa下搅拌30min，搅拌速度为700转/分，即得高分子导热复合材料。

性能评价

选用市售导热材料作为对比例，分别对实施例1-6、对比例的导热材料进行性能评价，结果如表1所示。

表1

市售材料

实施例1

实施例2

实施例3

实施例4

实施例5

实施例6

导热系数

2.62

3.84

3.12

4.08

4.37

3.71

3.67

析油率

27.21％

9.23％

16.24％

14.27％

7.54％

11.37％

12.15％

老化测试

-23.28％

-9.41％

-7.24％

-12.76％

-14.87％

-8.56％

-8.47％

其中，样品导热系数(单位W/m·K)按GB/T3399标准进行；

样品析油率测试：热重分析仪分析样品200℃条件下恒温24小时前后的质量变化率，即样品析油率。

高低温循环老化测试：温度范围为0～150℃，升温/降温速度为10℃/min，共计老化1000个循环，记录老化前后导热系数的变化，计算变化率。

从上述性能测试数据中可以看出，本发明所制得的高分子导热复合材料导热系数优于市售材料，在200℃条件下恒温24小时后的析油率也低于市售材料，并且反复高低温过程中老化变化小，稳定性好，使用寿命持久。所以，本发明有效克服了现有技术中的一些实际问题从而有很高的利用价值和使用意义。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种高分子导热复合材料，其特征在于，以所述高分子导热复合材料的原料组分的总质量为基准计，所述高分子导热复合材料包括以下原料组分及重量百分比：线性硅油10-25％、石蜡类物质10-25％、偶联剂0.1-2％、聚烯烃2-5％、球形填料35-50％、针状填料10-25％、抗氧化剂0.2-2％、增粘剂2-10％。

2.根据权利要求1所述的高分子导热复合材料，其特征在于，所述线性硅油的粘度为10～100000mPa·s。

3.根据权利要求1所述的高分子导热复合材料，其特征在于，所述线性硅油具有如下结构：

其中，R1代表单价取代基，单价取代基可以是烷基、取代烷基、烯基、炔基、芳基、烷氧基中的一种，n为不小于1的整数，并且线性硅油中芳基的重量百分比含量≥5％。

4.根据权利要求1所述的高分子导热复合材料，其特征在于，所述石蜡类物质选自液体石蜡或切片石蜡或半精炼石蜡或全精炼石蜡，或液体石蜡与固体石蜡的混合物。

5.根据权利要求1所述的高分子导热复合材料，其特征在于，所述偶联剂选自γ-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷和γ-缩水甘油醚基丙基三乙氧基硅烷中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的高分子导热复合材料，其特征在于，所述球形填料粒径为0.1～100um。

7.根据权利要求1所述的高分子导热复合材料，其特征在于，所述针状填料选自氧化锌晶须、碳酸钾晶须、氮化硅晶须、β-SiC晶须、石墨、纳米碳管、玻纤填料中的一种或多种。

8.根据权利要求1所述的高分子导热复合材料，其特征在于，所述抗氧化剂选自四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、N，N′-双-[3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基]已二胺、1，2-双(3，5-二叔丁基-4-羟基-苯基丙酸)肼和三[2，4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯中的一种或多种。

9.根据权利要求1所述的高分子导热复合材料，其特征在于，所述增粘剂选自脂族烃树脂、聚环戊二烯树脂、芳族改性氢化聚环戊二烯树脂、松香、松香酯、木松香、木松香酯、浮油松香、浮油松香酯、聚萜中的一种。

10.一种制备权利要求1至9任一项所述高分子导热复合材料的方法，其特征在于，具体步骤为：

(1)将线性硅油、石蜡类物质、偶联剂、聚烯烃按重量百分比依次加入到搅拌机中，搅拌均匀，得到基体树脂；

(2)向步骤(1)得到的基体树脂中加入球形填料，搅拌，然后加入针状填料，继续搅拌；

(3)向步骤(2)获得的物料中依次加入抗氧化剂和增粘剂，在真空度为-0.1Mpa下搅拌，即得高分子导热复合材料。