CN110982015B - 一种导热封装材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种导热封装材料及其制备方法，所述封装材料由主剂A和固化剂B组成，所述主剂A由丙烯酸单体、增韧剂、促进剂、石墨烯悬浮液和稳定剂组成；所述固化剂B由引发剂、增韧剂和增稠剂组成。按重量份数计，所述主剂A中：所述丙烯酸单体35‑70份，所述增韧剂10‑30份，所述促进剂1‑10份，所述石墨烯悬浮液3‑7份，所述稳定剂1‑5份；所述固化剂B中：所述引发剂5‑50份，所述增韧剂30‑80份，所述增稠剂0.5‑5份。本发明提供的封装材料先采用丙烯酸酯单体对石墨烯进行表面处理后，更有利于提升石墨烯与以丙烯酸酯聚合物为封装基体材料之间的界面结合力，尤其提升了封装材料的导热效果。

Description

一种导热封装材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及电子产品封装技术领域，尤其涉及一种导热封装材料及其制备方法。

背景技术

随着物联网、大数据、云计算、4G/5G及人工智能等新一代信息技术的全面应用，使得创新型消费电子产品层出不尽，电子产品如笔记本、平板电脑以及智能手机在我们的生活中得到了大规模的普及。智能化时代的电子产品越来越趋向轻量化和微型化，这是因为便携式电子产品的应用越来越多,智能手机就是一个典型例子。更多轻便、微型化的电子产品正在涌现，如可穿戴电子产品和各种内置芯片的微型产品都已经上市，这将是相当长一个时期电子产品的流行趋势。电子消费产品的轻量化和微型化给现代制造提出了许多新课题,如材料的变更到表面处理等都需要有新的技术支持。

电子产品的轻薄化、小型化发展，必然导致电子元器件的装配密度不断提高，随之而來的便是对封装材料的性能如封装强度、导热性能等提出更高要求，而在这样的條件下，封装材料的的固化性能、粘接性能及耐高温性能显得尤其重要。产品外壳既是保护机体的最直接的方式，也是影响其散热效果、“体重”、美观度的重要因。为提升美观以及产品散热性能，越来越多的电子消费产品使用金属材料壳如铝镁合金、钛合金等作为外壳。另一方面，在外壳封装过程中，封装材料性能也将直接影响产品的整体性能，具有优异导热性能的封装材料将大大提高产品的散热效果，提升产品性能。中国发明专利CN 201811227378.X公开了一种双组份室温快速固化抗震导热结构胶粘剂制备方法，其通过A组份在中加入α-氧化铝、氧化锌、氧化镁、氮化硼和氮化铝中的任一种或多种组合物以提高产品的导热性能，但其用量大，将大大提高产品粘度，且不可避免的降低产品的粘结强度，不利于实际使用。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明第一方面提供了一种导热封装材料，所述封装材料由主剂A和固化剂B组成，所述主剂A由丙烯酸单体、增韧剂、促进剂、石墨烯悬浮液和稳定剂组成；所述固化剂B由引发剂、增韧剂和增稠剂组成；

按重量份数计，所述主剂A中：所述丙烯酸单体35-70份，所述增韧剂10-30份，所述促进剂1-10份，所述石墨烯悬浮液3-7份，所述稳定剂1-5份；

按重量份数计，所述固化剂B中：所述引发剂5-50份，所述增韧剂30-80份，所述增稠剂0.5-5份。

其中，所述石墨烯悬浮液制备方法如下：按重量分数计，在反应釜中加入1-10份石墨烯，50-100份丙烯酸单体，0.1-3份改性剂，在室温条件下超声0.5-10h，制备得到石墨烯悬浮液；所述石墨烯为片状，其厚度为0.3nm～100nm，尺寸为10nm～200μm。

其中，所述丙烯酸单体为甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸、2-羟乙基甲基丙烯酸酯或甲基丙烯酸月桂酸酯中的任意一种或任意几种的混合。

其中，所述增韧剂为端羧基液体丁腈橡胶、氯丁橡胶、丁苯橡胶、丙烯酸酯橡胶或氯磺化聚乙烯中的任意一种或任意几种的混合。

其中，所述促进剂为乙二胺、丙二胺、三乙醇胺、二甲基苯胺、N，N-二乙基苯胺、三苯基膦、乙烯基硫脲或四甲基硫脲中的任意一种或任意几种的混合；

其中，所述稳定剂为苯醌、对苯二酚、三苯基膦、乙二胺四乙酸四钠、对羟基苯甲醚、对萘醌或甲基氢醌中的任意一种或任意几种的混合。

其中，所述改性剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、γ-(β-氨乙基)氨丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷或甲基丙烯酸二甲氨基乙酯中的任意一种或任意几种的混合。

其中，所述引发剂为过氧化苯甲酰、过氧化甲乙酮、异丙苯过氧化氢、过氧化月桂酰、过氧化环乙酮、过氧化二异丙苯、过氧化二叔丁基或过氧化苯甲酸叔丁酯中的任意一种或任意几种的混合。

其中，所述增稠剂为白炭黑、硅藻土、膨润土、碳酸钙、硅微粉中的任意一种或任意几种的混合。

本发明第二方面提供了一种导热封装材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、制备石墨烯悬浮液：在反应釜中加入石墨烯、丙烯酸单体和改性剂，在室温条件下超声0.5-10h，制备得到石墨烯悬浮液；

按重量份数计，所述石墨烯1-10份，所述丙烯酸单体50-100份，所述改性剂0.1-3份，

S2、制备主剂A：按配比依次加入丙烯酸单体、增韧剂、促进剂、石墨烯悬浮液和稳定剂，搅拌均匀，静置3-5h，真空除泡，出料得到主剂A；

按重量份数计，所述丙烯酸单体35-70份，所述增韧剂10-30份，所述促进剂1-10份，所述石墨烯悬浮液3-7份，所述稳定剂1-5份；

S3、制备固化剂B：按配比依次加入引发剂、增韧剂和增稠剂，搅拌均匀，静置1-2h，真空除泡，出料得到固化剂B；

按重量份数计，所述引发剂5-50份，所述增韧剂30-80份，所述增稠剂0.5-5份；

S4、将所述主剂A和所述固化剂B按体积比为10:1-3进行混合，制备得到封装材料。

本发明的有益效果：

本发明提供的导热封装材料首先通过对石墨烯表面进行处理，获得均匀和稳定性能优异的石墨烯悬浮液，从而大大提升了石墨烯在封装材料中的分散性能；进一步，通过使用丙烯酸酯单体对石墨烯进行表面处理，有利于提升石墨烯与以丙烯酸酯聚合物为封装基体材料之间的界面结合力，达到提升导热效果的目的；此外，本发明只需使用少量的石墨烯即可达到提升封装材料导热性能的效果，成本低，而且不会导致封装材料的封装强度降低。

具体实施方式

以下是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

实施例1

本发明提供了一种导热封装材料，所述封装材料由主剂A和固化剂B组成，所述主剂A由丙烯酸单体、增韧剂、促进剂、石墨烯悬浮液和稳定剂组成；所述固化剂B由引发剂、增韧剂和增稠剂组成。

按重量份数计，所述主剂A中：所述丙烯酸单体50份，所述增韧剂20份，所述促进剂5份，所述石墨烯悬浮液5份，所述稳定剂3份；所述固化剂B中：所述引发剂30份，所述增韧剂50份，所述增稠剂3份。

所述丙烯酸单体由甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸乙酯组成，所述增韧剂为丁苯橡胶，所述促进剂由乙二胺和二甲基苯胺组成，所述稳定剂为乙二胺四乙酸四钠，所述引发剂由过氧化苯甲酰、过氧化甲乙酮和异丙苯过氧化氢组成，所述增稠剂由白炭黑和硅藻土组成。

本实施例提供的封装材料通过以下步骤制备得到：

S1、制备石墨烯悬浮液：按重量份数计，在反应釜中加入5份石墨烯、35份甲基丙烯酸甲酯、35份甲基丙烯酸乙酯、0.5份γ-氨丙基三乙氧基硅烷、0.5份γ-氨丙基三甲氧基硅烷，在室温条件下超声3h，制备得到石墨烯悬浮液；

S2、制备主剂A：按重量份数计，依次加入25份甲基丙烯酸甲酯、25份甲基丙烯酸乙酯、20份丁苯橡胶、2份乙二胺、3份二甲基苯胺、5份石墨烯悬浮液、3份乙二胺四乙酸四钠，搅拌均匀，静置3h，真空除泡，出料得到主剂A；

S3、制备固化剂B：按重量份数计，依次加入10份过氧化苯甲酰、10份过氧化甲乙酮、10份异丙苯过氧化氢、50份丁苯橡胶、1份白炭黑和2份硅藻土，搅拌均匀，静置1h，真空除泡，出料得到固化剂B；

S4、将所述主剂A和所述固化剂B按体积比为10:2进行混合，制备得到封装材料。

实施例2

本发明提供了一种导热封装材料，所述封装材料由主剂A和固化剂B组成，所述主剂A由丙烯酸单体、增韧剂、促进剂、石墨烯悬浮液和稳定剂组成；所述固化剂B由引发剂、增韧剂和增稠剂组成。

按重量份数计，所述主剂A中：所述丙烯酸单体60份，所述增韧剂15份，所述促进剂6份，所述石墨烯悬浮液4份，所述稳定剂2份；所述固化剂B中：所述引发剂20份，所述增韧剂60份，所述增稠剂2份。

所述丙烯酸单体由丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯和甲基丙烯酸组成，所述增韧剂由丙烯酸酯橡胶和氯磺化聚乙烯组成，所述促进剂由N，N-二乙基苯胺、三苯基膦和乙烯基硫脲组成，所述稳定剂由乙二胺四乙酸四钠和对羟基苯甲醚组成，所述引发剂由过氧化苯甲酰、过氧化甲乙酮和异丙苯过氧化氢组成，所述增稠剂由膨润土和碳酸钙组成。

本实施例提供的封装材料通过以下步骤制备得到：

S1、制备石墨烯悬浮液：按重量份数计，在反应釜中加入3份石墨烯、20份丙烯酸甲酯、20份丙烯酸乙酯、30份甲基丙烯酸、2份γ-(β-氨乙基)氨丙基三甲氧基硅烷，在室温条件下超声5h，制备得到石墨烯悬浮液；

S2、制备主剂A：按重量份数计，依次加入20份丙烯酸甲酯、20份丙烯酸乙酯、20份甲基丙烯酸、5份丙烯酸酯橡胶、10份氯磺化聚乙烯、2份N，N-二乙基苯胺、2份三苯基膦、2份乙烯基硫脲、4份石墨烯悬浮液、1份乙二胺四乙酸四钠和1份对羟基苯甲醚、搅拌均匀，静置5h，真空除泡，出料得到主剂A；

S3、制备固化剂B：按重量份数计，依次加入5份过氧化苯甲酰、10份过氧化甲乙酮、5份异丙苯过氧化氢、20份丙烯酸酯橡胶、40份氯磺化聚乙烯、1.5份膨润土和0.5份碳酸钙，搅拌均匀，静置1.5h，真空除泡，出料得到固化剂B；

S4、将所述主剂A和所述固化剂B按体积比为10:1进行混合，制备得到封装材料。

实施例3

本发明提供了一种导热封装材料，所述封装材料由主剂A和固化剂B组成，所述主剂A由丙烯酸单体、增韧剂、促进剂、石墨烯悬浮液和稳定剂组成；所述固化剂B由引发剂、增韧剂和增稠剂组成。

按重量份数计，所述主剂A中：所述丙烯酸单体65份，所述增韧剂25份，所述促进剂6份，所述石墨烯悬浮液6份，所述稳定剂2份；所述固化剂B中：所述引发剂40份，所述增韧剂40份，所述增稠剂4份。

所述丙烯酸单体为甲级丙烯酸月桂酸酯，所述增韧剂由丁腈橡胶和氯丁橡胶组成，所述促进剂为二甲基苯胺，所述稳定剂由苯醌和对苯二酚组成，所述引发剂由过氧化二叔丁基和过氧化苯甲酸叔丁酯组成，所述增稠剂为硅藻土。

本实施例提供的封装材料通过以下步骤制备得到：

S1、制备石墨烯悬浮液：按重量份数计，在反应釜中加入8份石墨烯、60份甲基丙烯酸月桂酸酯、2份γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷，在室温条件下超声6h，制备得到石墨烯悬浮液；

S2、制备主剂A：按重量份数计，依次加入65份甲基丙烯酸月桂酸酯、15份丁腈橡胶、10份氯丁橡胶、6份二甲基苯胺、6份石墨烯悬浮液、1份苯醌、1份对苯二酚，搅拌均匀，静置4h，真空除泡，出料得到主剂A；

S3、制备固化剂B：按重量份数计，依次加入15份过氧化二叔丁基、25份过氧化苯甲酸叔丁酯、15份丁腈橡胶、25份氯丁橡胶、4份硅藻土，搅拌均匀，静置2h，真空除泡，出料得到固化剂B；

S4、将所述主剂A和所述固化剂B按体积比为10:3进行混合，制备得到封装材料。

本发明提供了一种导热封装材料，所述封装材料由主剂A和固化剂B组成，主剂A中添加的石墨烯提高了胶水的导热性能，在粘结手机或电脑等电子产品外壳时有利于热传导，从而起到了很好的散热效果。为了验证石墨烯对封装材料整体性能的影响，以下将以实施例1为参考，控制其他工艺和参数不变，通过调整石墨烯悬浮液的加入量设置第一组对比试验，封装材料中石墨烯悬浮液的加入量对封装材料的性能影响如表1。

表1石墨烯悬浮液的加入量对封装材料的性能的影响

通过表1可以看出，当封装材料中不含石墨烯时，封装材料的剪切强度、冲击强度、剥离强度、断裂延伸率和导热率都很差，如对比试验1；当加入1-2份石墨烯时，封装材料的剪切强度、冲击强度、剥离强度、断裂延伸率和导热率有所提升，但还是相对较差，如对比试验2-3；当加入3-7份石墨烯时，封装材料的剪切强度、冲击强度、剥离强度、断裂延伸率和导热率有了明显提升，如对比试验4-8；当石墨烯的加入量大于7份时，封装材料的剪切强度、冲击强度、剥离强度、断裂延伸率和导热率提升效果不明显，如对比试验9-10。因此，石墨烯悬浮液的重量分数优选3-7份。

为了验证本发明提供的石墨烯悬浮液制备方法制备得到的石墨烯悬浮液与不经处理的石墨烯直接用于封装材料的制备对封装材料剪切强度、冲击强度、剥离强度、断裂延伸率和导热率的影响，以下将以实施例1为参考，控制其他工艺和参数不变，通过加入经实施例1制备得到的石墨烯悬浮液与石墨烯设置第二组对比试验，石墨烯与石墨烯悬浮液对封装材料的性能影响如表2(需要说明的是：在第二组对比试验中，石墨烯与石墨烯悬浮液中石墨烯的净含量是一样的，为了避免实验过程中产生的误差，加入石墨烯和石墨烯悬浮液分别做了三次重复实验)。

表2石墨烯与石墨烯悬浮液对封装材料的性能影响

通过表2可以看出，采用石墨烯悬浮液制备得到的封装材料剪切强度、冲击强度、剥离强度、断裂延伸率和导热率明显优于直接采用石墨烯制备得到的封装材料。这是因为本发明采用丙烯酸酯单体对石墨烯进行表面处理后，更有利于提升石墨烯与以丙烯酸酯聚合物为封装基体材料之间的界面结合力，尤其提升了封装材料的导热效果。

以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都是属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种导热封装材料，所述封装材料由主剂A和固化剂B组成，其特征在于：所述主剂A由丙烯酸单体、增韧剂、促进剂、石墨烯悬浮液和稳定剂组成；所述固化剂B由引发剂、增韧剂和增稠剂组成；

所述石墨烯悬浮液制备方法如下：

按重量分数计，在反应釜中加入1-10份石墨烯，50-100份丙烯酸单体，0.1-3份改性剂，在室温条件下超声0.5-10h，制备得到石墨烯悬浮液；所述石墨烯为片状，其厚度为0.3nm～100nm，尺寸为10nm～200μm；

按重量份数计，所述主剂A中：所述丙烯酸单体35-70份，所述增韧剂10-30份，所述促进剂1-10份，所述石墨烯悬浮液3-7份，所述稳定剂1-5份；

按重量份数计，所述固化剂B中：所述引发剂5-50份，所述增韧剂30-80份，所述增稠剂0.5-5份。

2.根据权利要求1所述的一种导热封装材料，其特征在于：所述丙烯酸单体为甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸、2-羟乙基甲基丙烯酸酯或甲基丙烯酸月桂酸酯中的任意一种或任意几种的混合。

3.根据权利要求1所述的一种导热封装材料，其特征在于：所述增韧剂为端羧基液体丁腈橡胶、氯丁橡胶、丁苯橡胶、丙烯酸酯橡胶或氯磺化聚乙烯中的任意一种或任意几种的混合。

4.根据权利要求1所述的一种导热封装材料，其特征在于：所述促进剂为乙二胺、丙二胺、三乙醇胺、二甲基苯胺、N，N-二乙基苯胺、三苯基膦、乙烯基硫脲或四甲基硫脲中的任意一种或任意几种的混合。

5.根据权利要求1所述的一种导热封装材料，其特征在于：所述稳定剂为苯醌、对苯二酚、三苯基膦、乙二胺四乙酸四钠、对羟基苯甲醚、对萘醌或甲基氢醌中的任意一种或任意几种的混合。

6.根据权利要求1所述的一种导热封装材料，其特征在于：所述改性剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、γ-(β-氨乙基)氨丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷或甲基丙烯酸二甲氨基乙酯中的任意一种或任意几种的混合。

7.根据权利要求1所述的一种导热封装材料，其特征在于：所述引发剂为过氧化苯甲酰、过氧化甲乙酮、异丙苯过氧化氢、过氧化月桂酰、过氧化环乙酮、过氧化二异丙苯、过氧化二叔丁基或过氧化苯甲酸叔丁酯中的任意一种或任意几种的混合。

8.根据权利要求1所述的一种导热封装材料，其特征在于：所述增稠剂为白炭黑、硅藻土、膨润土、碳酸钙、硅微粉中的任意一种或任意几种的混合。

9.一种导热封装材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、制备石墨烯悬浮液：在反应釜中加入石墨烯、丙烯酸单体和改性剂，在室温条件下超声0.5-10h，制备得到石墨烯悬浮液；

按重量份数计，所述石墨烯1-10份，所述丙烯酸单体50-100份，所述改性剂0.1-3份，

S2、制备主剂A：按配比依次加入丙烯酸单体、增韧剂、促进剂、石墨烯悬浮液和稳定剂，搅拌均匀，静置3-5h，真空除泡，出料得到主剂A；

按重量份数计，所述丙烯酸单体35-70份，所述增韧剂10-30份，所述促进剂1-10份，所述石墨烯悬浮液3-7份，所述稳定剂1-5份；

S3、制备固化剂B：按配比依次加入引发剂、增韧剂和增稠剂，搅拌均匀，静置1-2h，真空除泡，出料得到固化剂B；

按重量份数计，所述引发剂5-50份，所述增韧剂30-80份，所述增稠剂0.5-5份；

S4、将所述主剂A和所述固化剂B按体积比为10:1-3进行混合，制备得到封装材料。