CN111777985A - 灌封胶及散热装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种灌封胶，包括：A组分和B组分，所述A组分包括含二甲基硅氧烷的第一液体有机胶，所述B组分包括含甲基氢硅氧烷和硅油的第二液体有机胶，所述A组分和所述B组分中至少一个组分还含有陶瓷微粒，所述陶瓷微粒为粒径0.1mm～3mm的球形微粒。本发明还涉及一种散热装置，包括灌胶槽、置于所述灌胶槽中的变压器和填充并固结在所述变压器和所述灌胶槽缝隙中的填充介质，所述填充介质为所述的灌封胶。

Description

灌封胶及散热装置
技术领域
本发明涉及灌封胶领域，特别涉及一种灌封胶及散热装置。
背景技术
随着电动汽车续航能力的不断增加，车载充电机的功率也随之增加，现有的6.6kw已不能满足客户的需求，三相输入条件下11kw及22kw将是未来车载充电机的主流，但增加功率相应的需要增加充电机的体积，势必导致汽车的其他空间需要压缩，这不符合现代汽车发展的趋势。如果车载充电机在不增加体积的情况下提高功率，即提高功率密度，势必要设计集成度更高的电子元器件，这样的元器件单位体积的功率损耗更大，释放的热量会更多，传统的散热装置无法满足需求，因此亟需一种散热效果更好的散热装置以满足结构设计及系统热管理设计的要求。
发明内容
基于此，有必要提供一种灌封胶及散热装置，能够满足大功率车载充电机的散热需求。
本发明提供一种灌封胶，包括：A组分和B组分，所述A组分包括含二甲基硅氧烷的第一液体有机胶，所述B组分包括含甲基氢硅氧烷和硅油的第二液体有机胶，所述A组分和所述B组分中至少一个组分还含有陶瓷微粒，所述陶瓷微粒为粒径0.1mm～3mm的球形微粒。
在其中一个实施例中，所述第一液体有机胶、所述第二液体有机胶以及所述A组分和/或所述B组分含有的所述陶瓷微粒的质量比为1：(0.5～1.5)：(0.1～2)。
在其中一个实施例中，所述第一液体有机胶、所述第二液体有机胶以及所述A组分和/或所述B组分含有的所述陶瓷微粒的质量比为1:(0.5～1)：(1.5～2)。
在其中一个实施例中，所述A组分和所述B组分中均含有所述陶瓷微粒，所述陶瓷微粒在所述A组分和所述B组分中的质量含量的比值为(1～3):1。
在其中一个实施例中，所述陶瓷微粒包括三氧化二铝、氮化铝、氮化硼、碳化硅中的一种或多种。
在其中一个实施例中，所述灌封胶的粘度为10900mPa.s～28000mPa.s。
在其中一个实施例中，所述灌封胶的导热系数为1.5W/mK～3W/mK。
在其中一个实施例中，所述第一液体有机胶还含有第一无机填料，所述第一无机填料包括粒径为微米级的三氧化二铝和二氧化硅。
在其中一个实施例中，所述第二液体有机胶还含有第二无机填料，所述第二无机填料包括粒径为微米级的三氧化二铝和氢氧化铝。
本发明提供一种散热装置，包括灌胶槽、置于所述灌胶槽中的变压器和填充并固结在所述变压器和所述灌胶槽缝隙中的填充介质，所述填充介质为所述灌封胶。
在其中一个实施例中，所述变压器的至少两个线圈之间设置有导热陶瓷片。
本发明提供的灌封胶与传统双组分灌封胶相比，导热系数大大提升，散热效果更优，并且组分稳定不易沉降，尤其对于车载充电机的变压器具有很好的灌封和散热效果。
附图说明
图1为本发明一实施例的变压器的结构示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述。本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
除非另外指明，否则本说明书和权利要求中使用的表示特征尺寸、数量和物化特性的所有数字均应该理解为在所有情况下均是由术语“约”来修饰的。因此，除非有相反的说明，否则上述说明书和所附权利要求书中列出的数值参数均是近似值，本领域的技术人员能够利用本文所公开的教导内容寻求获得的所需特性，适当改变这些近似值。用端点表示的数值范围的使用包括该范围内的所有数字以及该范围内的任何范围，例如，1至5包括1、1.1、1.3、1.5、2、2.75、3、3.80、4和5等等。
本发明所述“粒径”均指中值粒径D50，即颗粒累积分布为50％的粒径。
本发明实施例提供一种灌封胶，包括A组分和B组分，所述A组分包括含二甲基硅氧烷的第一液体有机胶，所述B组分包括含甲基氢硅氧烷和硅油的第二液体有机胶，所述A组分和所述B组分中至少一个组分还含有陶瓷微粒，所述陶瓷微粒为粒径0.1mm～3mm的球形微粒。
本发明实施例提供的灌封胶，以二甲基硅氧烷、甲基氢硅氧烷和硅油和陶瓷微粒相互配合形成，与传统双组分灌封胶相比，导热系数大大提升，散热效果更优，并且组分稳定不易沉降，尤其对于车载充电机的变压器具有很好的灌封和散热效果。
所述A组分和所述B组分在常态下可为液态，彼此分开时表现出无限期的储存稳定性，但在这两种组分已充分混合、或至少形成接触、并活化后，就会快速固化。
所述第一液体有机胶为第一反应性组分，至少包括二甲基硅氧烷。所述二甲基硅氧烷在所述第一液体有机胶中的质量占比为55％～70％。
所述第一液体有机胶还可以包括第一无机填料，所述第一无机填料粒径为微米级，优选为5μm～30μm，更优选为20μm～25μm。所述第一无机填料可以包括合适的无机氧化物或氢氧化物以及它们的混合物，特别是元素硅、铝、镁、钛和钙的氧化物或氢氧化物。所述第一无机填料在所述第一液体有机胶中的质量占比为35％～50％。
所述第二液体有机胶为第二反应性组分，至少包括甲基氢硅氧烷和硅油。所述甲基氢硅氧烷在所述第二液体有机胶中的质量占比为30％～45％，所述硅油在所述第二液体有机胶中的质量占比为25％～30％，
所述第二液体有机胶还可以包括第二无机填料，所述第二无机填料粒径为微米级，优选为5μm～30μm，更优选为20μm～25μm。所述第二无机填料可以包括合适的无机氧化物或氢氧化物以及它们的混合物，特别是元素硅、铝、镁、钛和钙的氧化物或氢氧化物。所述第二无机填料在所述第二液体有机胶中的质量占比为30％～50％。
所述陶瓷微粒的粒径可以为0.1mm～3mm，优选为0.5mm～2mm，更优选为0.5mm～1mm。
所述A组分和所述B组分中至少一个组分含有所述陶瓷微粒，所述陶瓷微粒可以是分散在所述第一液体有机胶中的陶瓷微粒，也可以是分散在所述第二液体有机胶中的陶瓷微粒，还可以是分散在所述第一液体有机胶中的陶瓷微粒和分散在所述第二液体有机胶中的陶瓷微粒。优选的，所述陶瓷微粒均匀分散在所述A组分和/或所述B组分中。
所述陶瓷微粒的成分可以是氧化铝、氮化铝、氮化硼、碳化硅中的一种或多种，优选为氧化铝。
所述第一液体有机胶、所述第二液体有机胶以及所述A组分和/或所述B组分含有的所述陶瓷微粒的质量比可以为1：1：(0.1～2)，还包括但不限于1:1:0.2、1:1:0.3、1:1:0.4、1:1:0.5、1:1:0.6、1:1:0.7、1:1:0.8、1:1:0.9、1:1:1.0、1:1:1.1、1:1:1.2、1:1:1.3、1:1:1.4、1:1:1.5、1:1:1.6、1:1:1.7、1:1:1.8、1:1:1.9。优选的，所述第二液体有机胶和所述陶瓷微粒的质量比为1：1：(1.5～2)。
在一实施例中，所述A组分和所述B组分中均含有所述陶瓷微粒。所述A组分含有的所述陶瓷微粒和所述B组分含有的所述陶瓷微粒的质量可以相同也可以不同。
在一实施例中，所述陶瓷微粒在所述A组分和所述B组分中的质量含量的比值为(0.5～2):1，还可以包括但不限于0.6:1、0.7:1、0.8:1、0.9:1、1.0:1、1.1:1、1.2:1、1.3:1、1.4:1、1.5:1、1.6:1、1.7:1、1.8:1、1.9:1。
所述A组分和/或所述B组分中还可以包括一种或多种其他成分，例如，消泡剂、活性稀释剂、活性引发剂、增韧剂、偶联剂、润湿分散剂、促进剂、稳定剂、吸水剂、固化加速剂、抗氧化剂、助粘剂、溶剂中的一种或多种。所述其他组分存在于与其相容的所述A组分和/或所述B组分中。因此，例如，消泡剂当存在时包括在A组分和/或B组分中；活性稀释剂当存在时包括在A组分和/或B组分中；活性引发剂当存在时在A组分和/或B组分中；增韧剂当存在时在A组分和/或B组分中；偶联剂当存在时在A组分和/或B组分中；润湿分散剂当存在时在A组分和/或B组分中；促进剂当存在时在A组分和/或B组分中；稳定剂当存在时通常在A组分和/或B组分中；吸水剂当存在时在A组分和/或B组分中；固化加速剂当存在时在A组分和/或B组分中；抗氧化剂当存在时通常在A组分和/或B组分中；助粘剂当存在时在A组分和/或B组分中；以及，溶剂当存在时可在A组分和/或B组分中。
所述其他成分的具体种类无特殊限定，例如，消泡剂、活性稀释剂、活性引发剂、增韧剂、偶联剂、润湿分散剂、促进剂、稳定剂、吸水剂、固化加速剂、抗氧化剂、助粘剂、溶剂，本领域技术人员可根据实际需求依据公知常识进行选择。所述消泡剂可以选自硅氧烷类消泡剂。所述活性稀释剂可以选自缩水甘油醚类活性稀释剂；所述增韧剂可以选自聚氨酯增韧剂。所述偶联剂可以选自γ-巯丙基三乙氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、双(γ-巯丙基三乙氧基硅丙基)-四硫化物和苯基三乙氧基硅烷中的一种或多种。所述润湿分散剂可以选自丙烯酸酯类润湿分散剂。所述促进剂可以选自改性咪唑、改性咪唑衍生物和改性胺类化合物中的一种或多种。所述稳定剂可以选自异氰酸异丙酯、异氰酸苯酯、异氰酸正丁酯和异氰酸苄酯中的一种或多种。
所述其他成分的用量，例如，消泡剂、活性稀释剂、活性引发剂、增韧剂、偶联剂、润湿分散剂、促进剂、稳定剂、吸水剂、固化加速剂、抗氧化剂、助粘剂、溶剂，本领域技术人员可以依据公知常识以及所需成分的常规性质进行调整，本申请无特殊限定。
以上各成分的种类以及用量均需要满足所述灌封胶的粘度和导热性。所述灌封胶的粘度需要满足其在车载充电机中的应用，所述灌封胶的导热系数需大于传统灌封胶。
在一实施例中，所述灌封胶的粘度基于ASTM D1084标准测定为10900mPa.S～28000mPa.s。
在一实施例中，所述灌封胶的导热系数基于ISO22007-2标准测定为2W/mK～5W/mK。
本发明实施例还提供一种灌封胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S10，提供所述配比的第一液体有机胶、第二液体有机胶、陶瓷微粒；
S20，将所述陶瓷微粒按比例分别加入所述第一液体有机胶和所述第二液体有机胶中均匀混合得到A组分和B组分；以及
S30，向所述A组分和/或所述B组分中加入其他成分。
本发明实施例进一步提供一种散热装置，包括灌胶槽、置于所述灌胶槽中的变压器和填充并固结在所述变压器和所述灌胶槽缝隙中的填充介质，所述填充介质为所述的灌封胶。
请参阅图1，所述变压器包括多个线圈10，在一实施例中，所述变压器的至少两个线圈10之间还设置有导热陶瓷片20，进一步加强散热效果。
以下为具体实施例。
实施例1灌封胶制备
S10，提供100g第一液体有机胶、100g第二液体有机胶、20g粒径为0.5mm三氧化二铝球形陶瓷微粒。
第一液体有机胶包括质量占比为55％二甲基硅氧烷、25％粒径为25μm的二氧化硅、20％粒径为25μm的三氧化二铝，第二液体有机胶包括质量占比为35％甲基氢硅氧烷、15％硅油、25％粒径为25μm的氢氧化铝、25％粒径为25μm的三氧化二铝。
S20，利用自动化搅拌设备中将10g粒径为0.5mm三氧化二铝球形陶瓷微粒均匀分散在100g第一液体有机胶中，将另外10g粒径为0.5mm三氧化二铝球形陶瓷微粒均匀分散在100g第二液体有机胶中，得到A、B组分。
S30，向A组分和/或B组分中继续加入消泡剂、活性稀释剂、活性引发剂、增韧剂、偶联剂、润湿分散剂、促进剂、稳定剂、吸水剂、固化加速剂、抗氧化剂、助粘剂以及溶剂。
实施例2灌封胶制备
与实施例1制备方法基本相同，不同之处在于，粒径为0.5mm三氧化二铝球形陶瓷微粒为50g，第一液体有机胶中加入25g陶瓷微粒，第二液体有机胶中也加入25g陶瓷微粒。
实施例3灌封胶制备
与实施例1制备方法基本相同，不同之处在于，粒径为0.5mm三氧化二铝球形陶瓷微粒为70g，第一液体有机胶中加入35g陶瓷微粒，第二液体有机胶中也加入35g陶瓷微粒。
实施例4灌封胶制备
与实施例1制备方法基本相同，不同之处在于，粒径为0.5mm三氧化二铝球形陶瓷微粒为100g，第一液体有机胶中加入50g陶瓷微粒，第二液体有机胶中也加入50g陶瓷微粒。
实施例5灌封胶制备
与实施例1制备方法基本相同，不同之处在于，粒径为0.5mm三氧化二铝球形陶瓷微粒为120g，第一液体有机胶中加入60g陶瓷微粒，第二液体有机胶中也加入60g陶瓷微粒。
实施例6灌封胶制备
与实施例1制备方法基本相同，不同之处在于，粒径为0.5mm三氧化二铝球形陶瓷微粒为150g，第一液体有机胶中加入75g陶瓷微粒，第二液体有机胶中也加入75g陶瓷微粒。
实施例7灌封胶制备
与实施例1制备方法基本相同，不同之处在于，粒径为0.5mm三氧化二铝球形陶瓷微粒为170g，第一液体有机胶中加入85g陶瓷微粒，第二液体有机胶中也加入85g陶瓷微粒。
实施例8灌封胶制备
与实施例1制备方法基本相同，不同之处在于，粒径为0.5mm三氧化二铝球形陶瓷微粒为200g，第一液体有机胶中加入100g陶瓷微粒，第二液体有机胶中也加入100g陶瓷微粒。
对比例1
与实施例1制备方法基本相同，不同之处在于，第一液体有机胶和第二液体有机胶中均不加入粒径为0.5mm的三氧化二铝球形陶瓷微粒。
性能测试和结果
1、粘度测试
分别将实施例1～8制备得到的灌封胶的A组分和B组分混合后基于ASTM D1084标准测试其粘度，结果如表1所示。
样品 粘度(mPa.s)
实施例1 7591
实施例2 8512
实施例3 9350
实施例4 10205
实施例5 11060
实施例6 12615
实施例7 15072
实施例8 17358
对比例1 7000
其中A组分中的第一液体有机胶未加入陶瓷微粒时的导热系数基于ASTM D1084标准测定为5500～6700mPa.s，B组分中的第一液体有机胶未加入陶瓷微粒时的导热系数基于ASTM D1084标准测定为7300～8900mPa.s。可以看出在A组分和/或B组分中加入陶瓷微粒，比未加入陶瓷微粒的A组分和B组分的粘度更大，且加入的陶瓷微粒质量越大，灌封胶的粘度越大，因此需要根据实际情况选择加入的陶瓷微粒质量。但是总体来说加入了陶瓷微粒的灌封胶粘度不大，流动性较好。
2、导热系数测试
分别将实施例1～8制备得到的灌封胶的A组分和B组分混合进行车载充电机中变压器的封装，加热固化后测试其导热系数，结果如表2所示。
表2
样品 导热系数(W/mK)
实施例1 1.64
实施例2 1.84
实施例3 1.98
实施例4 2.18
实施例5 2.31
实施例6 2.50
实施例7 2.63
实施例8 2.82
对比例 1.50
其中，A组分的第一液体有机胶与B组分的第二液体胶以1:1的体积比或者质量比进行混合，在不含陶瓷微粒的情况下，导热系数基于ISO22007-2标准测定为1.2～1.8W/mK。可以看出在灌封胶中加入陶瓷微粒，可以大大提高灌封胶的导热系数。
将实施例1～8制备灌封胶，按照以下步骤制备本公开实施例的散热装置。
散热装置的制备步骤：
步骤1：将上述实施例1～8制备的灌封胶中对应的A组分(陶瓷微粒+第一液体有机胶)和B组分(陶瓷微粒+第二液体有机胶)混合，形成混合好的浆料。
步骤2：提供一集成式变压器和一可容纳该集成式变压器的灌胶槽，将集成式变压器置于灌胶槽中，再将步骤1中混合好的样品浆料灌注进灌胶槽和变压器的缝隙中。
步骤3：将步骤2中的样品放置在室温下固化30分钟制成对应的散热装置。
本发明在变压器的灌封胶中加入粒径为0.1mm～3mm的陶瓷微粒至少能实现以下一个或多个优点：1.相较于不含0.1mm～3mm的陶瓷微粒的灌封胶，增加了灌封胶的导热系数，从而有利于磁性元件的散热；2.减小了散热元件的体积，减小了磁性元件的体积；3.陶瓷微粒的成本相较于普通灌封胶的成本较低，从而降低了灌封胶的成本；4.加入0.1mm～3mm的陶瓷微粒的灌封胶流动性较好，在灌封时有利于灌封胶流入变压器的缝隙中，将变压器内部的热量导出；5.采用0.1mm～3mm的陶瓷微粒可避免粉尘污染的风险。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述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 (11)

1.一种灌封胶，其特征在于，包括：A组分和B组分，所述A组分包括含二甲基硅氧烷的第一液体有机胶，所述B组分包括含甲基氢硅氧烷和硅油的第二液体有机胶，所述A组分和所述B组分中至少一个组分还含有陶瓷微粒，所述陶瓷微粒为粒径0.1mm～3mm的球形微粒。
2.根据权利要求1所述的灌封胶，其特征在于，所述第一液体有机胶、所述第二液体有机胶以及所述A组分和/或所述B组分含有的所述陶瓷微粒的质量比为1：(0.5～1.5)：(0.1～2)。
3.根据权利要求1所述的灌封胶，其特征在于，所述第一液体有机胶、所述第二液体有机胶以及所述A组分和/或所述B组分含有的所述陶瓷微粒的质量比为1：(0.5～1)：(1～2)。
4.根据权利要求1～3任一项所述的灌封胶，其特征在于，所述A组分和所述B组分中均含有所述陶瓷微粒，所述陶瓷微粒在所述A组分和所述B组分中的质量含量的比值为(0.5～2)：1。
5.根据权利要求1～3任一项所述的灌封胶，其特征在于，所述陶瓷微粒包括三氧化二铝、氮化铝、氮化硼、碳化硅中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的灌封胶，其特征在于，所述灌封胶的粘度基于ASTM D1084标准测定为7000mPa.s～28000mPa.s。
7.根据权利要求1述的灌封胶，其特征在于，所述灌封胶的导热系数基于ISO22007-2标准测定为2W/mK～5W/mK。
8.根据权利要求1所述的灌封胶，其特征在于，所述第一液体有机胶还含有第一无机填料，所述第一无机填料包括粒径为微米级的三氧化二铝和二氧化硅。
9.根据权利要求1所述的灌封胶，其特征在于，所述第二液体有机胶还含有第二无机填料，所述第二无机填料包括粒径为微米级的三氧化二铝和氢氧化铝。
10.一种散热装置，其特征在于，包括灌胶槽、置于所述灌胶槽中的变压器和填充并固结在所述变压器和所述灌胶槽缝隙中的填充介质，所述填充介质为权利要求1～9任一项所述的灌封胶。
11.根据权利要求10所述的散热装置，其特征在于，所述变压器的至少两个线圈之间设置有导热陶瓷片。
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