CN110655904A - 一种导热硅胶材料、导热硅胶片及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种导热硅胶材料、导热硅胶片及其制备方法，按重量份计，导热硅胶材料包括：基础胶料20‑40份、第一乙烯基硅油60‑80份、含氢硅油0.4‑0.6份、氧化铝粉体1050‑1200份、Pt催化剂1‑1.5、抑制剂0.045‑0.05份；基础胶料包括：第二乙烯基硅油950‑1050份、白炭黑380‑450份、六甲基二硅氮烷80‑110份。导热硅胶片的制备：取三分之二重量份第二乙烯基硅油，与六甲基二硅氮烷混合，加入白炭黑混合，于110‑130℃热处理2.5‑3.5h，于125‑135℃抽真空2.5‑3.5h，加入剩余第二乙烯基硅油稀释，得基础胶料；将第一乙烯基硅油、基础胶料、氧化铝粉体、含氢硅油、抑制剂混合，加入Pt催化剂混合，边抽真空边搅拌，压料，二次抽真空，115‑125℃下固化，形成的导热硅胶片的拉伸性能有大幅改善，同时，导热系数仅有小幅下降。

Description

一种导热硅胶材料、导热硅胶片及其制备方法

技术领域

本发明涉及导热硅胶的技术领域，特别涉及一种导热硅胶材料、导热硅胶片及其制备方法。

背景技术

集成技术、微电子封装技术以及大功率LED技术等发展迅速，与此同时，电子元件和电子设备逐渐向小型化和微型化发展，其弊端之一是，小型化和微型化的电子设备内部容易迅速积累热量，不易散发，从而严重影响电子元件和电子设备的运行可靠性，故，开发导热绝缘复合材料替代传统的高分子材料作为热界面材料，对于加快电子设备的内部散热、提高其运行可靠性具有重要意义。

导热硅胶片是以硅胶为基材，添加金属氧化物等填料，通过特殊工艺合成的一种导热介质材料，广泛用于小型化和微型化的电子设备中，能够填充缝隙并加快发热部位与散热部位之间的热传递，避免电子设备内部的热量积聚，提高其运行可靠性。

通过提高金属氧化物等填料的添加量，能够提高导热硅胶片的导热系数，但与此同时，随着填料的添加量的增加，导热硅胶片的拉伸性能往往出现大幅下降，使得导热硅胶片在使用过程中出现断裂现象，严重影响导热硅胶片的性能稳定性。

发明内容

针对现有技术不足，本发明的目的一在于：提供一种导热硅胶材料，以达到改善拉伸性能的效果。

本发明的第一个目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种导热硅胶材料，按重量份计，制备原料包括有以下组分：

基础胶料20-40份、第一乙烯基硅油60-80份、含氢硅油0.4-0.6份、氧化铝粉体1050-1200份、Pt催化剂1-1.5份、抑制剂0.045-0.05份；

其中，按重量份计，基础胶料的制备原料包括有以下组分：第二乙烯基硅油950-1050份、白炭黑380-450份、六甲基二硅氮烷80-110份。

通过采用上述方案，氧化铝粉体作为金属氧化物，能够有效提高导热硅胶的导热系数，与此同时，为了减小氧化铝粉体对导热硅胶材料的拉伸性能的影响，本发明加入了自行配制的基础胶料。该种基础胶料中，白炭黑能够起到补强作用，而六甲基二硅氮烷能够对白炭黑进行表面处理，使得白炭黑能够更好地与第二乙烯基硅油混合。实验证明，将该种基础胶料以适当的比例加入导热硅料材料的制备原料中，能够有效改善导热硅胶材料的拉伸性能，大幅提高导热硅胶材料的拉伸强度和延伸率，减少导热硅胶材料在使用过程中出现的断裂现象，提高导热硅胶材料的使用稳定性，与此用时，导热系数仅有小幅下降。

本发明进一步设置为：所述第一乙烯基硅油和基础胶料的重量比为(8:2)-(6:4)。

基础胶料的比例过高，形成的导热硅胶材料的粘度过大，可操作性差，例如压片时容易粘附在压片设备上。若基础胶料的比例过小，又无法起到改善导热硅胶材料的拉伸强度的效果。本发明通过采用上述方案，将第一乙烯基硅油和基础胶料的重量比限定在合理范围内，在改善导热硅胶材料的拉伸强度的前提下，还能使导热硅胶材料具有良好的可操作性。

本发明进一步设置为：所述基础胶料和第一乙烯基硅油的重量总和、氧化铝粉体的重量比为1:(10-12)。

实验表明，在导热硅胶材料的制备中，随着氧化铝粉体的含量的增加，导热硅胶材料的导热系数随之增大，然而，与此同时，导热硅胶材料的粘度也会随之增大，导致导热硅胶材料的可操作性变差。本发明通过采用上述方案，将基础胶料和第一乙烯基硅油的重量总和、氧化铝粉体的重量比限定在合理范围内，在使得导热硅胶材料具有高导热系数的前提下，提高导热硅胶材料的可操作性。

本发明进一步设置为：所述氧化铝粉体包括粒径为60-100μm的大颗粒氧化铝粉体和粒径为1-10μm的小颗粒氧化铝粉体，大颗粒氧化铝粉体和小颗粒氧化铝粉体的重量比为1:(0-1)。

实验表明，与单纯采用大颗粒氧化铝粉体相比，随着小颗粒氧化铝粉体加入量的增大，导热硅胶材料的导热系数呈现先变大后变小的趋势。这主要是因为，适量的小颗粒氧化铝粉体能够填充大颗粒氧化铝粉体之间的空隙，从而提高导热通路，由此提高导热硅胶材料的导热系数，但是，如果小颗粒氧化铝粉体的加入量过多，反而会导致粉体之间的接触不好，最终导致导热硅胶材料的导热系数的下降。本发明通过采用上述方案，将大颗粒氧化铝粉体和小颗粒氧化铝粉体的重量比限定在合理范围内，获得具有高导热系数的导热硅胶材料。

本发明进一步设置为：所述氧化铝粉体使用前经如下亲油处理：将酒精加热到65-75℃；取重量为氧化铝粉体重量的1-3％的偶联剂溶于加热后的酒精，获得亲油处理液；将氧化铝粉体加入亲油处理液中搅拌5-15min，然后分离出氧化铝粉体并干燥即得。

本发明进一步设置为：所述偶联剂选用A151偶联剂、A172偶联剂、KH560偶联剂和钛酸酯偶联剂中的一种或多种。

通过采用上述方案，对氧化铝粉体的表面进行亲油处理，能够提高氧化铝粉体与第一乙烯基硅油以及基础胶料之间的混合均匀性和连接作用力，不仅能够进一步提高导热硅胶材料的拉伸性能，而且还能提高导热硅胶材料的性能均一性。

本发明进一步设置为：所述抑制剂选用四甲基四乙烯基环四硅氧烷和丁基炔醇中的一种或两种。

本发明进一步设置为：所述基础胶料的制备方法包括有以下步骤：

取三分之二重量份的第二乙烯基硅油，与六甲基二硅氮烷混合均匀，继续加入白炭黑混合均匀，之后，于110-130℃下热处理2.5-3.5h，接着，于125-135℃下抽真空2.5-3.5h，之后，继续加入剩余第二乙烯基硅油进行稀释，形成基础胶料。

本发明的目的二在于：提供一种上述导热硅胶材料制得的导热硅胶片。

本发明制得的导热硅胶片属软垫片，性能如下：导热系数可达3.53w/(m·k)，硬度可达70shore00，拉伸强度可达0.35Mpa，伸长率可达202％。

本发明的目的三在于：提供一种上述导热硅胶片的制备方法，包括有以下步骤：

将第一乙烯基硅油、基础胶料、氧化铝粉体、含氢硅油、抑制剂混合均匀，继续加入Pt催化剂混合均匀，然后，边抽真空边搅拌，然后，压料，压料完成后进行二次抽真空，于115-125℃下固化形成导热硅胶片。

若导热硅胶材料的内部含有气孔，这些气孔会使得导热通路断开，从而降低导致导热硅胶材料的导热系数。本发明通过采用上述方案，在制备原料的搅拌过程和压料过程中均进行抽真空处理，能够有效减少搅拌过程和压料过程中进入导热硅胶材料的气体，减少导热硅胶材料内部的气孔。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1、本发明加入自行配制的基础胶料，能够有效改善导热硅胶材料的拉伸性能，大幅提高导热硅胶材料的拉伸强度和延伸率，与此用时，导热系数仅有小幅下降；

2、制得的导热硅胶片的导热系数可达3.53w/(m·k)，硬度可达70shore00，拉伸强度可达0.35Mpa，伸长率可达202％。

具体实施方式

以下对本发明作进一步详细说明，以下实施例中：

含氢硅油中H的质量分数为0.188％；

Pt催化剂选用浓度为3000ppm的规格；

大颗粒氧化铝粉体的粒径为60-100μm，平均粒径为70μm；小颗粒氧化铝粉体的粒径为1-10μm，平均粒径为5μm；

将基础胶料中的乙烯基硅油定义为第二乙烯基硅油，导热硅胶材料中的其他乙烯基硅油定义为第一乙烯基硅油，以示区分，便于描述两部分乙烯基硅油。

实施例1

一种导热硅胶片，由导热硅胶材料制得，

按重量份计，导热硅胶材料的制备原料包括有以下组分：基础胶料30份、第一乙烯基硅油70份、含氢硅油0.4份、氧化铝粉体1200份、Pt催化剂1份、抑制剂0.05份；第一乙烯基硅油的粘度为300cps，乙烯基质量分数为0.57％；抑制剂为四甲基四乙烯基环四硅氧烷和丁基炔醇按重量比1:1混合获得；氧化铝粉体选用大颗粒氧化铝粉体且使用前经如下亲油处理：酒精加热到65℃，取氧化铝粉体重量3％的偶联剂溶于加热后的酒精，获得亲油处理液，将氧化铝粉体加入亲油处理液中搅拌5min，静置2h后分层，用吸管吸去上层溶液，然后将分离出的氧化铝粉体置入100℃烘箱中烘干2h，取出即得，其中，偶联剂为A151偶联剂和A172偶联剂按重量比1:2混合获得；

按重量份计，基础胶料的制备原料包括有以下组分：第二乙烯基硅油1050份、白炭黑380份、六甲基二硅氮烷110份；第二乙烯基硅油的粘度为4000cps，乙烯基质量分数为0.18％；

导热硅胶片的制备过程包括有以下步骤：

a、取三分之二重量份的第二乙烯基硅油，与六甲基二硅氮烷混合均匀，继续加入白炭黑混合均匀，之后，于110℃下热处理2.5h，接着，于125℃下抽真空2.5h，之后，继续加入剩余第二乙烯基硅油进行稀释，形成基础胶料；

b、将第一乙烯基硅油、基础胶料、氧化铝粉体、含氢硅油、抑制剂混合均匀，继续加入Pt催化剂混合均匀，然后，边抽真空边搅拌5min，然后，压料成2mm的薄片，对薄片进行二次抽真空5min，于125℃下固化形成导热硅胶片。

实施例2

一种导热硅胶片，由导热硅胶材料制得，

按重量份计，导热硅胶材料的制备原料包括有以下组分：基础胶料40份、第一乙烯基硅油60份、含氢硅油0.5份、氧化铝粉体1100份、Pt催化剂1.07份、抑制剂0.048份；第一乙烯基硅油的粘度为500cps，乙烯基质量分数为0.37％；抑制剂选用四甲基四乙烯基环四硅氧烷；氧化铝粉体选用大颗粒氧化铝粉体且使用前经如下亲油处理：酒精加热到70℃，取氧化铝粉体重量1.5％的偶联剂溶于加热后的酒精，获得亲油处理液，将氧化铝粉体加入亲油处理液中搅拌10min，静置2h后分层，用吸管吸去上层溶液，然后将分离出的氧化铝粉体置入100℃烘箱中烘干2h，取出即得，其中，偶联剂为A151偶联剂；

按重量份计，基础胶料的制备原料包括有以下组分：第二乙烯基硅油1000份、白炭黑400份、六甲基二硅氮烷100份；第二乙烯基硅油的粘度为5000cps，乙烯基质量分数为0.16％；

导热硅胶片的制备过程包括有以下步骤：

a、取三分之二重量份的第二乙烯基硅油，与六甲基二硅氮烷混合均匀，继续加入白炭黑混合均匀，之后，于120℃下热处理3h，接着，于130℃下抽真空3h，之后，继续加入剩余第二乙烯基硅油进行稀释，形成基础胶料；

b、将第一乙烯基硅油、基础胶料、氧化铝粉体、含氢硅油、抑制剂混合均匀，继续加入Pt催化剂混合均匀，然后，边抽真空边搅拌10min，然后，压料成2mm的薄片，对薄片进行二次抽真空10min，于120℃下固化形成导热硅胶片。

实施例3

一种导热硅胶片，由导热硅胶材料制得，

按重量份计，导热硅胶材料的制备原料包括有以下组分：基础胶料40份、第一乙烯基硅油60份、含氢硅油0.6份、氧化铝粉体1050份、Pt催化剂1.5份、抑制剂0.045份；第一乙烯基硅油的粘度为1000cps，乙烯基质量分数为0.3％；抑制剂选用丁基炔醇；氧化铝粉体选用大颗粒氧化铝粉体且使用前经如下亲油处理：酒精加热到75℃，取氧化铝粉体重量1％的偶联剂溶于加热后的酒精，获得亲油处理液，将氧化铝粉体加入亲油处理液中搅拌15min，静置2h后分层，用吸管吸去上层溶液，然后将分离出的氧化铝粉体置入100℃烘箱中烘干2h，取出即得，其中，偶联剂为A151偶联剂、KH560偶联剂和钛酸酯偶联剂按重量比1:2:2混合获得；

按重量份计，基础胶料的制备原料包括有以下组分：第二乙烯基硅油950份、白炭黑450份、六甲基二硅氮烷80份；第二乙烯基硅油的粘度为10000cps，乙烯基质量分数为0.13％；

导热硅胶片的制备过程包括有以下步骤：

a、取三分之二重量份的第二乙烯基硅油，与六甲基二硅氮烷混合均匀，继续加入白炭黑混合均匀，之后，于130℃下热处理3.5h，接着，于135℃下抽真空3.5h，之后，继续加入剩余第二乙烯基硅油进行稀释，形成基础胶料；

b、将第一乙烯基硅油、基础胶料、氧化铝粉体、含氢硅油、抑制剂混合均匀，继续加入Pt催化剂混合均匀，然后，边抽真空边搅拌15min，然后，压料成2mm的薄片，对薄片进行二次抽真空15min，于115℃下固化形成导热硅胶片。

实施例4

一种导热硅胶片，与实施例2的不同之处在于，1100份大颗粒氧化铝粉体替换为：770份大颗粒氧化铝粉体和330份小颗粒氧化铝粉体。

实施例5

一种导热硅胶片，与实施例2的不同之处在于，1100份大颗粒氧化铝粉体替换为：550份大颗粒氧化铝粉体和550份小颗粒氧化铝粉体。

实施例6

一种导热硅胶片，与实施例2的不同之处在于，氧化铝粉体1000份。

实施例7

一种导热硅胶片，与实施例2的不同之处在于，氧化铝粉体1200份。

实施例8

一种导热硅胶片，与实施例4的不同之处在于，导热硅胶材料的制备原料中，基础胶料20份、第一乙烯基硅油80份。

实施例8

一种导热硅胶片，与实施例4的不同之处在于，导热硅胶材料的制备原料中，基础胶料20份、第一乙烯基硅油80份。

实施例9

一种导热硅胶片，与实施例4的不同之处在于，大颗粒氧化铝粉体和小颗粒氧化铝粉体均不经过亲油处理。

对比例1

一种导热硅胶片，与实施例4的不同之处在于，导热硅胶材料的制备原料中，基础胶料10份、第一乙烯基硅油90份。

对比例2

一种导热硅胶片，与实施例4的不同之处在于，导热硅胶材料的制备原料中，基础胶料0份、第一乙烯基硅油100份。

性能检测

对实施例1-8和对比例1-2制备的导热硅胶片进行性能检测，结果如表1所示。

表1导热硅胶片性能检测结果

根据表1，由实施例2、6、7可以看出，随着氧化铝粉体的含量的增加，导热硅胶材料的导热系数随之增大。虽然导热系数的增加对导热硅胶片的应用性能有利，然而，随着氧化铝粉体的含量的增加，有会导致导热硅胶材料的粘度增大，使得导热硅胶材料的可操作性变差。本发明将基础胶料和第一乙烯基硅油的重量总和、氧化铝粉体的重量比控制在1:(10-12)，获得的导热硅胶片的粘度均在30000-50000cps，使得导热硅胶片具有良好的可操作性。

由实施例2、4、5可以看出，与单纯采用大颗粒氧化铝粉体相比，随着小颗粒氧化铝粉体加入量的增大，导热硅胶材料的导热系数呈现先变大后变小的趋势。这主要是因为，适量的小颗粒氧化铝粉体能够填充大颗粒氧化铝粉体之间的空隙，从而提高导热通路，由此提高导热硅胶材料的导热系数，但是，如果小颗粒氧化铝粉体的加入量过多，反而会导致粉体之间的接触不好，最终导致导热硅胶材料的导热系数的下降。相比之下，实施例4中的大颗粒氧化铝粉体和小颗粒氧化铝粉的重量比更优。

由实施例4和对比例2可以看出，导热硅胶材料的制备原料中，采用本发明的基础胶料部分取代第一乙烯基硅油，能够大幅提高导热硅胶片的拉伸强度和伸长率，与此同时，导热硅胶片的导热系数和硬度仅有小幅下降。结合实施例8和对比例1可以看出，导热硅胶材料的制备原料中，随着基础胶料添加量的增多，导热硅胶片的拉伸强度和伸长率随之升高，而且，导热硅胶片的粘度也随之增大，与此同时，导热系数和硬度有小幅下降，综合考虑，本发明将导热硅胶材料的制备原料中的第一乙烯基硅油和基础胶料的重量比限定为(8:2)-(6:4)，使得导热硅胶片具有优良的综合性能。

由实施例4和实施例9可以看出，氧化铝经亲油处理后，导热系数、拉伸强度和延伸率有所提高，这是因为，对氧化铝粉体的表面进行亲油处理，能够提高氧化铝粉体与第一乙烯基硅油以及基础胶料之间的连接作用力，导热硅胶材料内部的致密性有所提高，由此提高导热硅胶材料的导热性能和拉伸性能，此外，亲油处理还能提高氧化铝粉体与第一乙烯基硅油之间的混合均匀性，由此提高导热硅胶材料的性能均一性。

上述具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种导热硅胶材料，其特征在于，按重量份计，制备原料包括有以下组分：

基础胶料20-40份、第一乙烯基硅油60-80份、含氢硅油0.4-0.6份、氧化铝粉体1050-1200份、Pt催化剂1-1.5份、抑制剂0.045-0.05份；

其中，按重量份计，基础胶料的制备原料包括有以下组分：第二乙烯基硅油950-1050份、白炭黑380-450份、六甲基二硅氮烷80-110份。

2.根据权利要求1所述的一种导热硅胶材料，其特征在于：所述第一乙烯基硅油和基础胶料的重量比为（8:2）-（6:4）。

3.根据权利要求1所述的一种导热硅胶材料，其特征在于：所述基础胶料和第一乙烯基硅油的重量总和、氧化铝粉体的重量比为1:（10-12）。

4.根据权利要求1所述的一种导热硅胶材料，其特征在于：所述氧化铝粉体包括粒径为60-100μm的大颗粒氧化铝粉体和粒径为1-10μm的小颗粒氧化铝粉体，大颗粒氧化铝粉体和小颗粒氧化铝粉体的重量比为1:（0-1）。

5.根据权利要求1所述的一种导热硅胶材料，其特征在于，所述氧化铝粉体使用前经如下亲油处理：将酒精加热到65-75℃；取重量为氧化铝粉体重量的1-3%的偶联剂溶于加热后的酒精，获得亲油处理液；将氧化铝粉体加入亲油处理液中搅拌5-15min，然后分离出氧化铝粉体并干燥即得。

6.根据权利要求5所述的一种导热硅胶材料，其特征在于：所述偶联剂选用A151偶联剂、A172偶联剂、KH560偶联剂和钛酸酯偶联剂中的一种或多种。

7.根据权利要求1所述的一种导热硅胶材料，其特征在于：所述抑制剂选用四甲基四乙烯基环四硅氧烷和丁基炔醇中的一种或两种。

8.根据权利要求1-7任一所述的一种导热硅胶材料，其特征在于，所述基础胶料的制备方法包括有以下步骤：

取三分之二重量份的第二乙烯基硅油，与六甲基二硅氮烷混合均匀，继续加入白炭黑混合均匀，之后，于110-130℃下热处理2.5-3.5h，接着，于125-135℃下抽真空2.5-3.5h，之后，继续加入剩余第二乙烯基硅油进行稀释，形成基础胶料。

9.一种权利要求1-8任一所述的导热硅胶材料制得的导热硅胶片。

10.一种权利要求9所述的导热硅胶片的制备方法，其特征在于，包括有以下步骤：

将第一乙烯基硅油、基础胶料、氧化铝粉体、含氢硅油、抑制剂混合均匀，继续加入Pt催化剂混合均匀，然后，边抽真空边搅拌，然后，压料，压料完成后进行二次抽真空，于115-125℃下固化形成导热硅胶片。