CN112778769A - 一种导热绝缘复合材料、制备方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种导热绝缘复合材料，包括聚酰亚胺薄膜和连接在聚酰亚胺薄膜表面上的混合物，混合物按质量百分比计包含：硅树脂增粘剂4％～6％；乙烯基聚二甲基硅氧烷7％～13％；聚甲基氢硅氧烷0.1％～0.5％；氢氧化铝2％～6％；氧化铝73％～84％；氮化硼2％～10％；氮化铝0％～5％；硅橡胶色浆0.01％～0.04％；锚固剂0.1％～0.5％。该导热绝缘复合材料的制备方法包括配料混合、抽真空、压延、烘烤硫化、裁切等步骤。本发明的导热绝缘复合材料采用双层结构，成分配比合理，导热性好，具有低热阻、高绝缘性、耐穿刺、使用寿命长等优点，能够使聚酰亚胺薄膜与导热硅胶材料的连接更为牢固。
Description
技术领域
本发明涉及导热绝缘复合材料技术领域，更具体地说，是涉及一种导热绝缘复合材料、制备方法及其应用。
背景技术
目前，PD快充行业的材料多使用普通导热硅胶垫片，与绝缘片以及铜片覆合进行导热散热，不仅工艺复杂，热阻高，绝缘性能也不利于安规的测试，散热效果非常有限，并且结构上不利于装配工艺生产，一些采用抽屉式的PD快充头若直接贴上导热硅胶片，不仅表面摩擦力大，不易于推入，而且在返工拆机时会遭到破坏。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的上述缺陷，提供一种采用双层结构、导热性好、具有低热阻、高绝缘性、耐穿刺的导热绝缘复合材料、制备方法及其应用。
为实现上述目的，本发明的第一方面提供了一种导热绝缘复合材料，包括聚酰亚胺薄膜和连接在聚酰亚胺薄膜表面上的混合物，所述混合物按质量百分比计包含：硅树脂增粘剂4％～6％；乙烯基聚二甲基硅氧烷7％～13％；聚甲基氢硅氧烷0.1％～0.5％；氢氧化铝2％～6％；氧化铝73％～84％；氮化硼2％～10％；氮化铝0％～5％；硅橡胶色浆0.01％～0.04％；锚固剂0.1％～0.5％。
作为优选的，所述硅树脂增粘剂的粘度为4000mpa.s～8000mpa.s，所述乙烯基聚二甲基硅氧烷的粘度为1500mpa.s～3000mpa.s。
作为优选的，所述聚甲基氢硅氧烷的含氢量为0.18％～1.0％。
作为优选的，所述氢氧化铝的粒径为3um～10um，所述氧化铝的粒径为0.5um～40um，所述氮化硼的粒径为5um～20um，所述氮化铝的粒径为0.5um～30um。
作为优选的，所述锚固剂为有机硅锚固剂，粘度为80mpa.s～200mpa.s。
本发明的第二方面提供了一种导热绝缘复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)配料混合：先将粉末状的氧化铝和粉末状的氢氧化铝按比例加入到混合设备中，混合搅拌均匀，再将硅树脂增粘剂、乙烯基聚二甲基硅氧烷、硅橡胶色浆按比例加入到混合设备中进行搅拌，再加入锚固剂和聚甲基氢硅氧烷继续搅拌，制得混合物；
(2)抽真空：将搅拌均匀的混合物放置入真空机，通过抽真空把混合物内的气泡排除；
(3)压延：在压延机上调试好所需的材料厚度，将聚酰亚胺薄膜装入压延机，把抽好真空的混合物倒入压延机，使其与聚酰亚胺薄膜一同压延；
(4)烘烤硫化：送进烘道，进行高温硫化固化成型，得到膜状材料；
(5)裁切：将经过烘烤硫化成型的膜状材料放置于裁切机上，按照预设的尺寸进行裁切，制得所述的导热绝缘复合材料。
作为优选的，所述粉末状的氧化铝采用特殊的表面处理方法制得，该方法包括以下步骤：
将有机溶剂和蒸馏水依次加入硅烷偶联剂中，搅拌混合均匀后，滴入酸溶液，将混合溶液的pH值调至3.5～5.5，然后在23℃～30℃条件下静置5分钟～30分钟，将制备好的混合溶液加入到粉末状的氧化铝中加热至50℃～80℃，搅拌混合2小时～5小时，滤出氧化铝，并将滤出的氧化铝放入烤箱中，在80℃～120℃条件下进行烘烤。
作为优选的，在步骤(1)中，当加入硅树脂增粘剂、乙烯基聚二甲基硅氧烷、硅橡胶色浆后，所需搅拌时间为10分钟～15分钟；当加入锚固剂和聚甲基氢硅氧烷后，所需搅拌时间为4分钟～10分钟。
作为优选的，在步骤(2)中，抽真空的时间为15分钟～30分钟。
作为优选的，所述烘道设有5段温度设置，依次分别为120℃、125℃、135℃、140℃和144℃，经过压延步骤后，带有混合物的聚酰亚胺薄膜经传送带进入烘道，烘烤时间为15分钟～30分钟。
本发明的第三方面还提供了导热绝缘复合材料作为导热硅胶的表面膜的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明的导热绝缘复合材料采用双层结构，在聚酰亚胺薄膜的表面上设置有主要由硅树脂增粘剂、乙烯基聚二甲基硅氧烷、聚甲基氢硅氧烷、氢氧化铝、氧化铝、氮化铝、氮化硼、硅橡胶色浆和锚固剂组成的混合物，该导热绝缘复合材料的成分配比合理，导热性好，具有低热阻、高绝缘性、耐穿刺、使用寿命长等优点，能够使聚酰亚胺薄膜与导热硅胶材料的连接更为牢固。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的导热绝缘复合材料的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的导热绝缘复合材料与导热硅胶相连接时的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
请参考图1，本发明的实施例提供了一种导热绝缘复合材料，包括聚酰亚胺薄膜1和连接在聚酰亚胺薄膜表面上的混合物2。
在本实施例中，聚酰亚胺薄膜的厚度可以为0.02mm～0.1mm(优选为0.05mm)。聚酰亚胺薄膜具有低热阻、耐高压等特性。
该混合物2按质量百分比计可以包含：硅树脂增粘剂4％～6％；乙烯基聚二甲基硅氧烷7％～13％；聚甲基氢硅氧烷0.1％～0.5％；氢氧化铝2％～6％；氧化铝73％～84％；氮化硼2％～10％；氮化铝0％～5％；硅橡胶色浆0.01％～0.04％；锚固剂0.1％～0.5％。
硅树脂增粘剂的粘度可以为4000mpa.s～8000mpa.s(优选为5000mpa.s)，乙烯基聚二甲基硅氧烷的粘度可以为1500mpa.s～3000mpa.s(优选为2000mpa.s)。硅树脂增粘剂的作用是粘接聚酰亚胺薄膜和作为连接在聚酰亚胺薄膜表面上的混合物的粘接剂与增韧剂。乙烯基聚二甲基硅氧烷是混合物固化体系主体材料。
聚甲基氢硅氧烷的含氢量为0.18％～1.0％(优选为0.36％)。聚甲基氢硅氧烷可作为混合物固化体系交联剂。
氢氧化铝的粒径为3um～10um，氧化铝的粒径为0.5um～40um，氮化硼的粒径为5um～20um，氮化铝的粒径为0.5um～30um。氢氧化铝可以作为阻燃剂，氧化铝、氮化硼和氮化铝是导热绝缘复合材料的高效导热剂。
锚固剂为有机硅锚固剂，其粘度可以为80mpa.s～200mpa.s(优选为100mpa.s)。锚固剂是导热绝缘复合材料的增粘促进剂。
以下为该导热绝缘复合材料的混合物2的具体实施例：
该导热绝缘复合材料的制备方法包括以下步骤：
(1)配料混合：先将粉末状的氧化铝和粉末状的氢氧化铝按上述比例加入到混合设备中，混合搅拌均匀，再将硅树脂增粘剂、乙烯基聚二甲基硅氧烷、硅橡胶色浆按上述比例加入到混合设备中进行搅拌，再加入锚固剂和聚甲基氢硅氧烷继续搅拌，制得混合物；
较佳的，粉末状的氧化铝可以采用特殊的表面处理方法制得，该方法包括以下步骤：
将有机溶剂和蒸馏水依次加入硅烷偶联剂中，搅拌混合均匀后，滴入酸溶液，将混合溶液的pH值调至3.5～5.5，然后在23℃～30℃条件下静置5分钟～30分钟，将制备好的混合溶液加入到粉末状的氧化铝中加热至50℃～80℃，搅拌混合2小时～5小时，滤出氧化铝，并将滤出的氧化铝放入烤箱中，在80℃～120℃条件下进行烘烤。
其中，经过特殊的表面处理的氧化铝粉体(导热填料)能够增加其与硅树脂增粘剂的结合力，能够使氧化铝粉体能够在硅树脂增粘剂中达到很好的分散状态，能够使复合材料的均匀性、断裂强度和弹性模量也有较大程度的提高。
在步骤(1)中，当加入硅树脂增粘剂、乙烯基聚二甲基硅氧烷、硅橡胶色浆后，所需搅拌时间可以为10分钟～15分钟；当加入锚固剂和聚甲基氢硅氧烷后，所需搅拌时间可以为4分钟～10分钟(优选5分钟)。
(2)抽真空：将搅拌均匀的混合物放置入真空机，通过抽真空把混合物内的气泡排除；
在步骤(2)中，抽真空的时间可以为15分钟～30分钟(优选20分钟)。
(3)压延：在压延机上调试好所需的材料厚度，将聚酰亚胺薄膜装入压延机，把抽好真空的混合物倒入压延机，使其与聚酰亚胺薄膜一同压延；
(4)烘烤硫化：送进烘道，进行高温硫化固化成型，得到膜状材料；
烘道设有5段温度设置，依次分别可以为120℃、125℃、135℃、140℃和144℃，经过压延步骤后，带有混合物的聚酰亚胺薄膜经传送带进入烘道，烘烤时间可以为15分钟～30分钟(优选20分钟)。
(5)裁切：将经过烘烤硫化成型的膜状材料放置于裁切机上，按照预设的尺寸进行裁切，制得的导热绝缘复合材料。
如图2所示，本实施例的导热绝缘复合材料可作为导热硅胶的表面膜进行使用，该导热硅胶可应用在PD快充头内部，用于导热散热。当然，根据实际需要，该导热绝缘复合材料也可以应用在其他产品上(如电子产品、LED灯具等)。
综上所述，本发明的导热绝缘复合材料采用双层结构，在聚酰亚胺薄膜的表面上设置有主要由硅树脂增粘剂、乙烯基聚二甲基硅氧烷、聚甲基氢硅氧烷、氢氧化铝、氧化铝、硅橡胶色浆和锚固剂组成的混合物，该导热绝缘复合材料的成分配比合理，导热性好，具有低热阻、高绝缘性、耐穿刺、使用寿命长等优点，能够使聚酰亚胺薄膜与导热硅胶材料的连接更为牢固，可作为PD快充电源行业的导热复合材料。
上述实施例可以为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应可以为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种导热绝缘复合材料，其特征在于，包括聚酰亚胺薄膜和连接在聚酰亚胺薄膜表面上的混合物，所述混合物按质量百分比计包含：硅树脂增粘剂4％～6％；乙烯基聚二甲基硅氧烷7％～13％；聚甲基氢硅氧烷0.1％～0.5％；氢氧化铝2％～6％；氧化铝73％～84％；氮化硼2％～10％；氮化铝0％～5％；硅橡胶色浆0.01％～0.04％；锚固剂0.1％～0.5％。
2.根据权利要求1所述的导热绝缘复合材料，其特征在于，所述硅树脂增粘剂的粘度为4000mpa.s～8000mpa.s，所述乙烯基聚二甲基硅氧烷的粘度为1500mpa.s～3000mpa.s。
3.根据权利要求1所述的导热绝缘复合材料，其特征在于，所述聚甲基氢硅氧烷的含氢量为0.18％～1.0％。
4.根据权利要求1所述的导热绝缘复合材料，其特征在于，所述氢氧化铝的粒径为3um～10um，所述氧化铝的粒径为0.5um～40um，所述氮化硼的粒径为5um～20um，所述氮化铝的粒径为0.5um～30um。
5.根据权利要求1所述的导热绝缘复合材料，其特征在于，所述锚固剂为有机硅锚固剂，粘度为80mpa.s～200mpa.s。
6.根据权利要求1至5中任意一项所述的导热绝缘复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)配料混合：先将粉末状的氧化铝和粉末状的氢氧化铝按比例加入到混合设备中，混合搅拌均匀，再将硅树脂增粘剂、乙烯基聚二甲基硅氧烷、硅橡胶色浆按比例加入到混合设备中进行搅拌，再加入锚固剂和聚甲基氢硅氧烷继续搅拌，制得混合物；
(2)抽真空：将搅拌均匀的混合物放置入真空机，通过抽真空把混合物内的气泡排除；
(3)压延：在压延机上调试好所需的材料厚度，将聚酰亚胺薄膜装入压延机，把抽好真空的混合物倒入压延机，使其与聚酰亚胺薄膜一同压延；
(4)烘烤硫化：送进烘道，进行高温硫化固化成型，得到膜状材料；
(5)裁切：将经过烘烤硫化成型的膜状材料放置于裁切机上，按照预设的尺寸进行裁切，制得所述的导热绝缘复合材料。
7.根据权利要求6所述的导热绝缘复合材料的制备方法，其特征在于，所述粉末状的氧化铝采用特殊的表面处理方法制得，该方法包括以下步骤：
将有机溶剂和蒸馏水依次加入硅烷偶联剂中，搅拌混合均匀后，滴入酸溶液，将混合溶液的pH值调至3.5～5.5，然后在23℃～30℃条件下静置5分钟～30分钟，将制备好的混合溶液加入到粉末状的氧化铝中加热至50℃～80℃，搅拌混合2小时～5小时，滤出氧化铝，并将滤出的氧化铝放入烤箱中，在80℃～120℃条件下进行烘烤。
8.根据权利要求6所述的导热绝缘复合材料的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，当加入硅树脂增粘剂、乙烯基聚二甲基硅氧烷、硅橡胶色浆后，所需搅拌时间为10分钟～15分钟；当加入锚固剂和聚甲基氢硅氧烷后，所需搅拌时间为4分钟～10分钟；
在步骤(2)中，抽真空的时间为15分钟～30分钟。
9.根据权利要求6所述的导热绝缘复合材料的制备方法，其特征在于，所述烘道设有5段温度设置，依次分别为120℃、125℃、135℃、140℃和144℃，经过压延步骤后，带有混合物的聚酰亚胺薄膜经传送带进入烘道，烘烤时间为15分钟～30分钟。
10.根据权利要求1至5中任意一项所述的导热绝缘复合材料作为导热硅胶的表面膜的应用。
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