CN112194899A - 一种导热硅脂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种导热硅脂及其制备方法，按质量份数配比的100份聚二甲基硅氧烷、5～20份改性硅油、1300～1800份改性导热复合粉、2～10份热凝胶助剂。通过不同粒径的球形氧化铝的级配，并利用纳米量子点较强的表面效应以及小尺寸效应的特点，均匀填充分散到氧化铝颗粒之间的空洞间隙，有效降低的产品的热阻并且提高了导热硅脂的触变指数，赋予导热硅脂剪切变稀型特性，同时使导热硅脂具有足够的粘结力，提高了导热硅脂老化性能。同时严格控制填料粒径分布，选用填料粒径分布非常窄，具有良好的单分散性，进行过筛处理，筛除粒径大于20μm的填料，确保填料级配效果好，避免间隙存在，使导热硅脂热阻值低，老化性能优异。

Description

一种导热硅脂及其制备方法
技术领域
本申请涉及导热材料领域，特别是一种导热硅脂及其制备方法。
背景技术
目前市面上导热硅脂的类型很多，不同的物理特性和参数判定了不同用途，比如有的适应用中央处理器的导热，有的适用于电源的导热，有的适合于内存条的导热等。由于不同的工作情况对导热硅脂的性能提出不同的要求，随着导热硅脂应用的越来越广泛，对其特性提出了更多的要求。一般具有触变性的导热硅脂，在使用过程中具有更好的刮涂性，不会出现流挂现象，有利于涂胶操作，同时有储存稳定性好等优点。
然而市场上推出的高导热的触变型硅脂，虽然具有搅拌性以及触变性，但由于主要通过添加触变剂，以实现增稠触变，导致其热阻偏高，且其虽具备一定的触变性，由于体系增稠，其剪切变稀特性不明显，剪切后粘度下降不大，导致流动性较差等不足。同时导热硅脂涂抹在热源和散热器之间时，由于散热器和热源的热膨胀系数不一致，导致在长期使用过程中，在多次冷热循环后，热源和散热器会有微小的变形，容易出现泵出，同时经常出现硅油与导热填料分离的现象，导热硅脂涂层变干、分化、碎裂，导热性能变差等问题，进而导致热源和散热器之间没有导热硅脂而热失控。
目前的导热硅脂产品仍具有诸多缺点，例如，导热系数低、热阻大、耐老化性能差、高温高湿情况下易变干粉化、粘度高、流变性差、不利于丝网印刷等，使其并不能有效解决大功率电子元器件的散热问题。
发明内容
鉴于所述问题，提出了本申请以便提供克服所述问题或者至少部分地解决所述问题的一种导热硅脂，按质量份数配比包括：100份聚二甲基硅氧烷、 5～20份改性硅油、1300～1800份改性导热复合粉、2～10份热凝胶助剂。
优选的，所述聚二甲基硅氧烷的粘度为20～1000mPa.s。
优选的，所述聚二甲基硅氧烷的粘度为50～500mPa.s。
优选的，所述改性硅油由长链烷基与二甲基硅氧烷接枝共聚而成的长链烷基改性硅油，所述改性硅油粘度为200～800mPa.s；所述长链烷基改性硅油的化学式为(CH3)3SiO[(CH3)RSiO]mSi(CH3)3，其中，R为长链烷基链和/或苯环的长链烷基链；m为正整数。
优选的，所述改性导热复合粉包含球形氧化铝和纳米量子点；所述球形氧化铝最大粒径小于等于20μm；所述球形氧化铝包括大粒径氧化铝、中粒径氧化铝以及小粒径氧化铝；所述大粒径氧化铝、所述中粒径氧化铝以及所述小粒径氧化铝质量份数配比为5：3：2～6：3：1；
所述大粒径氧化铝的中位粒径D50为7～13.5μm，且所述大粒径氧化铝的最大粒径小于等于20μm；
所述中粒径氧化铝的中位粒径D50为2～3.5μm，且所述中粒径氧化铝的最大粒径小于等于10μm；
所述小粒径氧化铝的中位粒径D50为0.15～0.5μm，且所述小粒径氧化铝的最大粒径小于等于5μm。
所述纳米量子点的厚度为0.3～1nm以及片层直径为1～100nm；所述纳米量子点包含金属量子点和碳量子点。
优选的，所述热凝胶助剂为热凝胶多糖，化学式为(C6H10O5)n，结构式：
Figure BDA0002713635920000021
其中，所述热凝胶多糖的聚合度n为50～455的整数。
优选的，所述热凝胶助剂为热凝胶多糖，化学式为(C6H10O5)n，结构式：
Figure BDA0002713635920000022
其中，所述热凝胶多糖的聚合度n为200～455的整数。
为实现本发明，还提供一种导热硅脂制备方法，包括如下步骤：
制备改性导热复合粉：
将球形氧化铝进行粒径极配，按质量份数配比为5：3：2～6：3：1称取大粒径氧化铝、中粒径氧化铝、小粒径氧化铝等3种粒径的球形氧化铝粉，其中所述大粒径氧化铝、所述中粒径氧化铝以及所述小粒径氧化铝的总份数为1300～1800份；
并称取纳米量子点5～15份，将所述纳米量子点与所述球形氧化铝放入高速混合机中，升温到100～110℃，搅拌烘干10～15min，待冷却至室温后，在捏合所述纳米量子点和所述球形氧化铝过程中持续缓慢加入3～15份偶联剂，在所述捏合过程中将所述纳米量子点和所述球形氧化铝的温度控制在 25～30℃，进行混合搅拌0.25～1h后加入100～300份挥发性溶剂油继续混合搅拌0.5～4h；
待所述所述纳米量子点、所述球形氧化铝、所述挥发性溶剂油高速分散并充分润湿之后，进行加热升温至80～140℃并进行保温，通过真空设备进行真空蒸发0.5～2h；
关闭所述真空设备，待溶剂挥发完毕后，冷却取出改性导热复合粉；
将所述改性导热复合粉冷却，采用625目的筛子对所述改性导热复合粉过筛处理，收集所述改性导热复合粉；
材料混合：按质量份数取所述改性导热复合粉1300～1800份、100份聚二甲基硅氧烷、5～20份改性硅油放置搅拌设备中；在常温条件下，以搅拌速度为90r/min～1200r/min进行混合搅拌0.5～3h，得到混合物；
混合物研磨：采用三辊研磨机对所述混合物进行研磨1～3遍；
脱低分子：将研磨后的所述混合物置在行星机内，并保持真空度在 -0.092～-0.098MPa，搅拌温度为104℃～130℃；待冷却后，即得到导热硅脂半成品；
助剂添加：将所述导热硅脂半成品放置于所述行星机，添加2～6份热凝胶助剂，以真空度保持在-0.092～-0.098MPa下，常温下搅拌0.25～1h，得到所述导热硅脂。
优选的，所述的偶联剂为十二烷基三甲氧基硅烷和/或癸基三甲氧基硅烷和/或乙烯基三硅烷乙烯基三和/或乙烯基三甲氧基硅烷和/或3-缩水甘油醚氧基丙基三乙氧基硅烷和/或钛酸酯偶联剂和/或铝酸酯偶联剂。
优选的，所述挥发性溶剂油为挥发性的聚二甲基环氧烷混合物和/或以五聚体和六聚体为主的环甲基硅氧烷和/或异构烷烃溶剂油和/或D40环保溶剂油和/或D60环保溶剂油和/或D80环保溶剂油。
优选的，所述高速混合机为兼具抽真空及加热功能的捏合机、行星式搅拌机。
本申请具有以下优点：
在本申请的实施例中，通过按质量份数配比的100份聚二甲基硅氧烷、 5～20份改性硅油、1300～1800份改性导热复合粉、2～10份热凝胶助剂。通过不同粒径的球形氧化铝的级配，并利用纳米量子点较强的表面效应以及小尺寸效应的特点，均匀填充分散到氧化铝颗粒之间的空洞间隙，实现高填充低粘度，有效降低的产品的热阻并且提高了导热硅脂的触变指数，赋予导热硅脂剪切变稀型特性，同时使导热硅脂具有足够的粘结力，提高了导热硅脂的老化性能，尤其是导热硅脂的高低温冷热循环老化性。严格控制填料粒径分布，填料为球形氧化铝及纳米量子点，选用填料粒径分布非常窄，且分布集中，具有良好的单分散性，且针对粉体改性处理工艺中对粉体团聚导致的填料粒径过大，进行过筛处理，筛除粒径大于20μm的填料，确保填料级配效果好，避免间隙存在，使导热硅脂热阻值低，老化性能优异。将热凝胶多糖运用于导热硅脂产品中，利用受热凝胶特性，在硅脂体系中低温受热形成低固定凝胶，具有一定的热可逆凝胶特性，高温受热时形成高固定凝胶，富有弹性，为导热硅脂提供足够的内聚强度，减少渗油率，同时有效抵抗冷热冲击的影响，提升导热硅脂的热可靠性，避免其在使用过程中出现泵出现象。
具体实施方式
为使本申请的所述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合具体实施方式对本申请作进一步详细的说明。显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请一实施例提供的一种导热硅脂，按质量份数配比包括100份聚二甲基硅氧烷、5～20份改性硅油、1300～1800份改性导热复合粉、2～10份热凝胶助剂。
在本申请的实施例中，通过按质量份数配比的100份聚二甲基硅氧烷、 5～20份改性硅油、1300～1800份改性导热复合粉、2～10份热凝胶助剂。通过不同粒径球形氧化铝的级配，并利用纳米量子点较强的表面效应以及小尺寸效应的特点，均匀填充分散到氧化铝颗粒之间的空洞间隙，实现高填充低粘度，有效降低的产品的热阻并且提高了导热硅脂的触变指数，赋予导热硅脂剪切变稀型特性，同时使导热硅脂具有足够的粘结力，提高了导热硅脂老化性能，尤其是高低温冷热循环老化性。同时严格控制填料粒径分布，其中，填料为球形氧化铝及纳米量子点，选用填料粒径分布非常窄，且分布集中，具有良好的单分散性，且针对粉体改性处理工艺中对粉体团聚导致的填料粒径过大，进行过筛处理，筛除粒径大于20μm的填料，确保填料级配效果好，避免间隙存在，使导热硅脂热阻值低，老化性能优异。将热凝胶多糖运用于导热硅脂产品中，利用其受热凝胶特性，在硅脂体系中低温受热形成低固定凝胶，具有一定的热可逆凝胶特性，高温受热时形成高固定凝胶，富有弹性，为导热硅脂提供足够的内聚强度，减少渗油率，同时有效抵抗冷热冲击的影响，提升导热硅脂的热可靠性，避免其在使用过程中出现泵出现象。
下面，将对本示例性实施例中一种导热硅脂及其制备方法作进一步地说明。
导热硅脂按质量份数配比包括：100份聚二甲基硅氧烷、5～20份改性硅油、1300～1800份改性导热复合粉、2～10份热凝胶助剂。
在本申请实施例中，所述聚二甲基硅氧烷的粘度为20～1000mPa.s；所述聚二甲基硅氧烷的粘度为50～500mPa.s。
在本申请实施例中，所述改性硅油由长链烷基与二甲基硅氧烷接枝共聚而成的长链烷基改性硅油，所述改性硅油粘度为200～800mPa.s，具体地，所述长链烷基改性硅油的化学式为(CH3)3SiO[(CH3)RSiO]mSi(CH3)3，其中，R为长链烷基链和/或苯环的长链烷基链；m为正整数。
需要说明的是，所谓接枝共聚是指大分子链上通过化学键结合适当的支链或功能性侧基的反应，所形成的产物称作接枝共聚物。接枝共聚物的性能决定于主链和支链的组成、结构、长度以及支链数。长支链的接枝物类似共混物，支链短而多大接枝物则类似无规共聚物。通过共聚可将两种性质不同的聚合物接枝在一起，形成性能特殊的接枝物。因此，聚合物的接枝改性，已成为扩大聚合物应用领域，改善高分子材料性能的一种简单又行之有效的方法。接枝共聚物是指聚合物主链的某些原子上接有与主链化学结构不同的聚合物链段的侧链的一种共聚物，称为接枝共聚物，如接枝氯丁橡胶。
在本申请实施例中，所述改性导热复合粉包含球形氧化铝和纳米量子点，具体地，所述球形氧化铝最大粒径小于等于20μm；所述球形氧化铝包括大粒径氧化铝、中粒径氧化铝以及小粒径氧化铝；所述大粒径氧化铝、所述中粒径氧化铝以及所述小粒径氧化铝的质量份数配比为5：3：2～6：3：1；所述大粒径氧化铝的中位粒径D50为7～13.5μm，且所述大粒径氧化铝的最大粒径小于等于20μm；所述中粒径氧化铝的中位粒径D50为2～3.5μm，且所述中粒径氧化铝的最大粒径小于等于10μm；所述小粒径氧化铝的中位粒径D50为0.15～0.5μm，且所述小粒径氧化铝的最大粒径小于等于5μm。
需要说明的是，通过不同粒径的球形氧化铝的级配优化，并利用纳米量子点较强的表面效应以及小尺寸效应的特点，均匀填充分散到氧化铝颗粒之间的空洞间隙，实现高填充低粘度，有效降低的产品的热阻并且提高了硅脂的触变指数，赋予导热硅脂剪切变稀型特性，同时使导热硅脂具有足够的粘结力，提高了导热硅脂老化性能，尤其是高低温冷热循环老化性。
需要说明的是，小尺寸效应为当颗粒的尺寸与光波波长、德布罗意波长以及超导态的相干长度或透射深度等物理特征尺寸相当或更小时，晶体周期性的边界条件将被破坏，非晶态纳米粒子的颗粒表面层附近的原子密度减少，导致声、光、电、磁、热、力学等特性呈现新的物理性质的变化称为小尺寸效应。对超微颗粒而言，尺寸变小，同时其比表面积亦显著增加，从而产生与以往不同的性质。
控制填料粒径分布，其中，填料为球形氧化铝及纳米量子点，选用填料粒径分布非常窄，且分布集中，具有良好的单分散性，且针对粉体改性处理工艺中对粉体团聚导致的填料粒径过大，进行过筛处理，筛除粒径大于20 μm的填料，确保填料级配效果好，避免间隙存在，使导热硅脂热阻值低，老化性能优异。
在本申请实施例中，所述纳米量子点的厚度为0.3～1nm以及片层直径为 1～100nm；所述纳米量子点包含金属量子点和碳量子点。
在本申请实施例中，所述热凝胶助剂为热凝胶多糖，化学式为 (C6H10O5)n，结构式：
Figure BDA0002713635920000071
其中，所述热凝胶多糖的聚合度n为50～455的整数。
在本申请实施例中，所述热凝胶助剂为热凝胶多糖，化学式为 (C6H10O5)n，结构式：
Figure BDA0002713635920000072
需要说明的是，将所述热凝胶多糖运用于导热硅脂产品中，利用其受热凝胶特性，在硅脂体系中低温受热形成低固定凝胶，具有一定的热可逆凝胶特性，高温受热时形成高固定凝胶，其富有弹性，为导热硅脂提供足够的内聚强度，减少渗油率，同时有效抵抗冷热冲击的影响，提升导热硅脂的热可靠性，避免其在使用过程中出现泵出现象的发生。
导热硅脂的制备方法，包括如下步骤：
(1)制备改性导热复合粉：
将所述球形氧化铝进行粒径极配，按质量份数配比为5：3：2～6：3：1 称取所述大粒径氧化铝、所述中粒径氧化铝、所述小粒径氧化铝3种粒径的所述球形氧化铝粉，其中，所述大粒径氧化铝、所述中粒径氧化铝、所述小粒径氧化铝3种粒径的所述球形氧化铝粉的总份数为1300～1800份；
在本申请实施例中，可以将所述球形氧化铝进行粒径极配，按质量份数配比为5：3：1称取所述大粒径氧化铝、所述中粒径氧化铝、所述小粒径氧化铝进行级配。
在本申请实施例中，可以将所述球形氧化铝进行粒径极配，按质量份数配比为6：3：1称取所述大粒径氧化铝、所述中粒径氧化铝、所述小粒径氧化铝进行级配。
并称取纳米量子点5～15份，将所述纳米量子点与球形氧化铝放入高速混合机中，升温到100～110℃，搅拌烘干10～15min，待冷却至室温后，在捏合所述纳米量子点和所述球形氧化铝过程中持续缓慢加入3～15份偶联剂，在所述捏合过程中将所述纳米量子点和所述球形氧化铝的温度控制在 25～30℃，进行混合搅拌0.25～1h后加入100～300份挥发性溶剂油继续混合搅拌0.5～4h；
待所述所述纳米量子点、所述球形氧化铝、所述挥发性溶剂油高速分散并充分润湿之后，进行加热升温至80～140℃并进行保温，通过真空设备进行真空蒸发0.5～2h；
关闭所述真空设备，待溶剂挥发完毕后，冷却取出所述改性导热复合粉；
将所述改性导热复合粉冷却，采用625目的筛子对所述改性导热复合粉过筛处理，收集所述改性导热复合粉；
(2)材料混合：按质量份数取所述改性导热复合粉1300～1800份、100 份聚二甲基硅氧烷、5～20份改性硅油放置搅拌设备中；在常温条件下，以搅拌速度为90r/min～1200r/min进行混合搅拌0.5～3h，得到混合物；
(3)混合物研磨：采用三辊研磨机对所述混合物进行研磨1～3遍；
(4)脱低分子：将研磨后的所述混合物置在行星机内，并保持真空度在-0.092～-0.098MPa，搅拌温度为104℃～130℃；待冷却后，即得到导热硅脂半成品；
(5)助剂添加：将所述导热硅脂半成品放置于所述行星机，添加2～6 份热凝胶助剂，以真空度保持在-0.092～-0.098MPa下，常温下搅拌0.25～1h，得到所述导热硅脂。
在本申请实施例中，所述的偶联剂为十二烷基三甲氧基硅烷和/或癸基三甲氧基硅烷和/或乙烯基三硅烷乙烯基三和/或乙烯基三甲氧基硅烷和/或3-缩水甘油醚氧基丙基三乙氧基硅烷和/或钛酸酯偶联剂和/或铝酸酯偶联剂。
在本申请实施例中，所述挥发性溶剂油为挥发性的聚二甲基环氧烷混合物和/或以五聚体和六聚体为主的环甲基硅氧烷和/或异构烷烃溶剂油和/或 D40环保溶剂油和/或D60环保溶剂油和/或D80环保溶剂油。
在本申请实施例中，所述高速混合机为兼具抽真空及加热功能的捏合机、行星式搅拌机。
需要说明的是，将所述热凝胶多糖运用于导热硅脂产品中，利用其受热凝胶特性，在硅脂体系中低温受热形成低固定凝胶，具有一定的热可逆凝胶特性，高温受热时形成高固定凝胶，其富有弹性，为导热硅脂提供足够的内聚强度，减少渗油率，同时有效抵抗冷热冲击的影响，提升导热硅脂的热可靠性，避免其在使用过程中出现泵出现象。
结合实施例对一种导热硅脂作进一步说明，但下述实施例，仅为本发明优选实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。
导热硅脂性能测试：
(1)导热系数测试：
按照稳态热流法，采用导热仪，在端面温度设为80℃，施加压力为40PSI 条件下进行测试，具体参照导热系数测试方法ASTM-5470标准进行测试。
(2)热阻测试：
按照稳态热流法，采用导热测试仪，在端面温度为80℃，施加压力为40PSI条件下直接进行测试，参照导热系数测试方法ASTM-5470标准进行测试。
(3)粘度测试：
使用流变仪测量导热硅脂粘度，使用直径为25mm的平行板，间隙为 200μm并且剪切速率为10.0(1/s)下的粘度值。
(4)触变指数测试：
以10.0(1/s)的剪切速率下测量的粘度与2.0(1/s)的剪切速率下测量的粘度之比，作为触变指数。
(5)老化测试：
a、高温老化测试：测试初始导热硅脂的热阻值记作R0，随后将导热硅脂放置高温125℃烘箱中老化1000h，测试老化后热阻值记作R1，则高温老化热阻增加量为(R1-R0)/R0*100％。
b、双85老化测试：测试初始导热硅脂的热阻值记作R0，随后将导热硅脂放置高温125℃烘箱中老化1000h，测试老化后热阻值记作R1，则高温老化热阻增加量为(R1-R0)/R0*100％，其中，双85老化是指在85℃/85％RH 的条件下老化产品后，对比产品老化前后的性能变化。
c、温循老化测试：在温度-40～125℃时进行测试，测试初始导热硅脂的热阻值记作R0，随后将导热硅脂放置温循测试设备中，设置温循条件为 -40-125℃，15min升温，15min降温，30min保温，老化1000h，测试老化后热阻值记作R1，则高温老化热阻增加量为(R1-R0)/R0*100％。
(6)抗垂流测试
使用工装在铝板和玻璃板之间施加导热硅脂，其中，玻璃板便于观察导热硅脂，采用0.1mm垫圈设置厚度，并垂直放置，进行冷热冲击温循实验在温度-40～125℃时进行，以黑色划线为导热硅脂初始位置，1000h老化后导热硅脂的位移变化，以及其外观变化；
本发明实施例与对比实施例所使用的材料如下：
A为球形氧化铝，球形氧化铝包括大粒径氧化铝、中粒径氧化铝以及小粒径氧化铝；
A-1为大粒径氧化铝，大粒径氧化铝的中位粒径D50为7～13.5μm，且其最大粒径D100不超过20μm；
A-2为中粒径氧化铝，中粒径氧化铝的中位粒径D50为2～3.5μm，且其最大粒径D100不超过10μm；
A-3为小粒径氧化铝，小粒径氧化铝的中位粒径D50为0.15～0.5μm，且最大粒径不超过5μm。
B为纳米量子点，B-1为金属量子点，厚度为0.3nm纳米量子点，片层直径为100nm；B-2为碳量子点，厚度为1nm，片层直径为1nm。
C为偶联剂，C-1为癸基三甲氧基硅烷偶联剂；C-2为3-缩水甘油醚氧基丙基三乙氧基硅烷。
D为挥发性溶剂油，D-1为以五聚体和六聚体为主的环甲基硅氧烷；D-2 为异构烷烃溶剂油。
F为聚二甲基硅氧烷，粘度为350mPa.s；
G为带苯环的长链烷基改性硅油，粘度为500mPa.s。
H为热凝胶助剂，为聚合度n为350的热凝胶多糖。
表1：制备改性导热复合粉的配方
名称 W-1 W-2 W-3
A-1 650 1080 1080
A-2 390 540 540
A-3 260 180 180
B-1 15
B-2 5 5
C-1 3
C-2 15
D-1 100
D-2 300 300
表1中，G-1，G-2为正常组分的改性导热复合粉，G-3为未加纳米量子点的改性导热复合粉。
表2：制备导热硅脂的配方表
Figure BDA0002713635920000111
Figure BDA0002713635920000121
表2中的实施例1和实施例2为正常组分的制备得到的导热硅脂，对比实施例1-1为未加纳米量子点制备得到的导热硅脂，对比实施例1-2为未加热凝胶助剂制备得到的导热硅脂。
结合实施例对一种导热硅脂的制备方法作进一步说明，但下述实施例，仅为本发明较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。
(1)制备改性导热复合粉：
按照按表1的配方和用量称取球形氧化铝及纳米量子点，预热到填料温度100～110℃，并置于高速混合机中敞口搅拌烘干10～15min，目的使填料含水量低于0.3％；
待冷却至室温后，按照表1的配方和用量称取偶联剂，在捏合搅拌过程中继续缓慢加入，在加入过程中勿使偶联剂被搅拌浆打到高速混合机内壁，在料温度控制25～30℃下，进行混合搅拌0.25～1h后，加入100～300份挥发性溶剂油继续混合搅拌0.5～4h；
待高速分散，充分润湿之后，加热、抽真空蒸发。即加热升温至80～140℃保温并抽真空继续搅拌0.5～2h；
关闭真空设备，待溶剂挥发完毕后，冷却取出改性复合粉；
将以上冷却取得的改性复合粉，采用625目的筛子对改性的复合粉进行进一步过筛处理，以筛除因改性过程团聚，粒径D100大于20μm的粉体，最后分别收集得到改性的导热复合粉W-1，W-2，W-3。
(2)导热硅脂的制备：
混合：按表2的配方和用量称取改性导热复合粉W-1，W-2，W-3，分别与100份聚二甲基硅氧烷，10份改性硅油至于搅拌设备中，在常温条件下，以搅拌速度为90～1200r/min进行混合搅拌0.5h，得到混合物；
研磨：采用三辊机对混合后的混合物进行研磨1～3遍；
脱低分子：将研磨后的混合物置在行星机内以真空度保持在 -0.092～-0.098MPa，搅拌温度104℃～130℃；搅拌后自然冷却后，即得到导热硅脂半成品。
助剂添加：将上述步骤制得的导热硅脂半成品放置于行星机，按表2的配方和用量称取添加热凝胶助剂，以真空度保持在-0.092～-0.098MPa下，常温下搅拌0.25h，得到导热硅脂产品。
导热硅脂性能指标：详见表3
表3导热硅脂的性能指标
Figure BDA0002713635920000131
表4为实施例1、实施例2、对比实施例1-1及对比实施例1-2制备得到的导热硅脂，与现有产品1和现有产品2在冷热冲击温循测试1000小时老化测试后的结果对比结果：
表4结果对比结果
Figure BDA0002713635920000141
根据表4所示，由实施例1、实施例2、对比实施例1-1及对比实施例 1-2制备得到的导热硅脂，与现有产品1和现有产品2在冷热冲击温循测试 1000小时老化测试后的结果对比，结果显示：现有产品1和现有产品2，出现非常明显的开裂垂流滑落现象，而使用本发明的方法制备得到的导热硅脂的1000h老化后，具体为实施例1与实施例2，导热硅脂未出现滑落以及相分离现象发生，具有良好的稳定性。因此可以说明，通过本方法制备得到的导热硅脂内部具有较强的作用力，具有非常好的抗垂流性能，其使用可靠性非常高，确保导热硅脂在冷热循环下具有抵抗被挤出热源的风险。
通过抗垂流测试结果对比，也可明显看出本发明实施例和对比实施例制备得到的导热硅脂在温循1000小时后，其中，温循包括冷热冲击，导热硅脂外观呈现不同现象，对比实施例1-1未添加纳米量子点的硅脂样品，垂流测试出现很多细小的间隙空洞，对比实施例1-2未添加热凝胶助剂，其出现非常明显的垂流滑落、开裂及相分离等异常外观。由实施例1与对比实施例 1-1以及实施例2与对比实施例1-2，进行对比，可知纳米量子点与热凝胶助剂在导热硅脂的制备中发挥的重要的作用，导热硅脂的分散相对均匀，而现有产品A和现有产品B垂流滑落现象均比较严重，尤其以现有产品B为最重，导热硅脂的分散非常不均匀。
由表3中实施例1与对比实施例1制备得到的导热硅脂各项性能指标对比可知，由于纳米量子点具备较强的表面效应，能够有效减少导热硅脂渗油现象的发生，降低渗油率。其通过改性处理后能够均匀填充分散在球形氧化铝间隙中，有效降低的产品的热阻并且提高了导热硅脂的触变指数，赋予导热硅脂剪切变稀型特性，同时使导热硅脂具有足够的粘结力，提高了导热硅脂老化性能，尤其是冷热循环老化耐久性。
由表3中实施例2与对比实施例1-2制备得到的导热硅脂各项性能指标对比可知，热凝胶助剂的添加，有效的利用其受热凝胶特性，高温受热时形成高固定凝胶，为导热硅脂提供足够的内聚强度，减少渗油率，同时有效抵抗冷热冲击的影响，提升导热硅脂的热可靠性，避免其在使用过程中出现泵出现象的发生。
尽管已描述了本申请实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请实施例范围的所有变更和修改。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。
以上对本申请所提供的一种导热硅脂及其制备方法，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (11)

1.一种导热硅脂，其特征在于，按质量份数配比包括：100份聚二甲基硅氧烷、5～20份改性硅油、1300～1800份改性导热复合粉、2～10份热凝胶助剂。
2.根据权利要求1所述的导热硅脂，其特征在于，所述聚二甲基硅氧烷的粘度为20～1000mPa.s。
3.根据权利要求1所述的导热硅脂，其特征在于，所述聚二甲基硅氧烷的粘度为50～500mPa.s。
4.根据权利要求1所述的导热硅脂，其特征在于，所述改性硅油由长链烷基与二甲基硅氧烷接枝共聚而成的长链烷基改性硅油，所述改性硅油粘度为200～800mPa.s；所述长链烷基改性硅油的化学式为(CH3)3SiO[(CH3)RSiO]mSi(CH3)3，其中，R为长链烷基链和/或苯环的长链烷基链；m为正整数。
5.根据权利要求1所述的导热硅脂，其特征在于，所述改性导热复合粉包含球形氧化铝和纳米量子点；
所述球形氧化铝最大粒径小于等于20μm；所述球形氧化铝包括大粒径氧化铝、中粒径氧化铝以及小粒径氧化铝；所述大粒径氧化铝、所述中粒径氧化铝以及所述小粒径氧化铝质量份数配比为5：3：2～6：3：1；所述大粒径氧化铝的中位粒径D50为7～13.5μm，且所述大粒径氧化铝的最大粒径小于等于20μm；所述中粒径氧化铝的中位粒径D50为2～3.5μm，且所述中粒径氧化铝的最大粒径小于等于10μm；所述小粒径氧化铝的中位粒径D50为0.15～0.5μm，且所述小粒径氧化铝的最大粒径小于等于5μm；
所述纳米量子点的厚度为0.3～1nm以及片层直径为1～100nm；所述纳米量子点包含金属量子点和碳量子点。
6.根据权利要求1所述的导热硅脂，其特征在于，所述热凝胶助剂为热凝胶多糖，化学式为(C6H10O5)n，结构式：
Figure FDA0002713635910000021
其中，所述热凝胶多糖的聚合度n为50～455的整数。
7.根据权利要求1所述的导热硅脂，其特征在于，所述热凝胶助剂为热凝胶多糖，化学式为(C6H10O5)n，结构式：
Figure FDA0002713635910000022
其中，所述热凝胶多糖的聚合度n为200～455的整数。
8.一种导热硅脂制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
制备改性导热复合粉：
将球形氧化铝进行粒径极配，按质量份数配比为5：3：2～6：3：1称取大粒径氧化铝、中粒径氧化铝、小粒径氧化铝等3种粒径的球形氧化铝粉，其中所述大粒径氧化铝、所述中粒径氧化铝以及所述小粒径氧化铝的总份数为1300～1800份；
并称取纳米量子点5～15份，将所述纳米量子点与所述球形氧化铝放入高速混合机中，升温到100～110℃，搅拌烘干10～15min，待冷却至室温后，在捏合所述纳米量子点和所述球形氧化铝过程中持续缓慢加入3～15份偶联剂，在所述捏合过程中将所述纳米量子点和所述球形氧化铝的温度控制在25～30℃，进行混合搅拌0.25～1h后加入100～300份挥发性溶剂油继续混合搅拌0.5～4h；
待所述所述纳米量子点、所述球形氧化铝、所述挥发性溶剂油高速分散并充分润湿之后，进行加热升温至80～140℃并进行保温，通过真空设备进行真空蒸发0.5～2h；
关闭所述真空设备，待溶剂挥发完毕后，冷却取出改性导热复合粉；
将所述改性导热复合粉冷却，采用625目的筛子对所述改性导热复合粉过筛处理，收集所述改性导热复合粉；
材料混合：按质量份数取所述改性导热复合粉1300～1800份、100份聚二甲基硅氧烷、5～20份改性硅油放置搅拌设备中；在常温条件下，以搅拌速度为90r/min～1200r/min进行混合搅拌0.5～3h，得到混合物；
混合物研磨：采用三辊研磨机对所述混合物进行研磨1～3遍；
脱低分子：将研磨后的所述混合物置在行星机内，并保持真空度在-0.092～-0.098MPa，搅拌温度为104℃～130℃；待冷却后，即得到导热硅脂半成品；
助剂添加：将所述导热硅脂半成品放置于所述行星机，添加2～6份热凝胶助剂，以真空度保持在-0.092～-0.098MPa下，常温下搅拌0.25～1h，得到所述导热硅脂。
9.权利要求8中所述的一种导热硅脂制备方法，其特征在于，所述偶联剂为十二烷基三甲氧基硅烷和/或癸基三甲氧基硅烷和/或乙烯基三硅烷乙烯基三和/或乙烯基三甲氧基硅烷和/或3-缩水甘油醚氧基丙基三乙氧基硅烷和/或钛酸酯偶联剂和/或铝酸酯偶联剂。
10.权利要求8所述的一种导热硅脂制备方法，其特征在于，所述挥发性溶剂油为挥发性的聚二甲基环氧烷混合物和/或以五聚体和六聚体为主的环甲基硅氧烷和/或异构烷烃溶剂油和/或D40环保溶剂油和/或D60环保溶剂油和/或D80环保溶剂油。
11.权利要求8所述的一种导热硅脂制备方法，其特征在于，所述高速混合机为兼具抽真空及加热功能的捏合机、行星式搅拌机。
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