CN113817178A - 一种低渗油高导热的导热凝胶及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种低渗油高导热的导热凝胶。包括A和B两个组份；其中，A组份成分及质量百分数如下：无机导热粉60%~90%；乙烯基硅油10%~35%；增塑剂0.1%~2%；催化剂0.1%~1%；偶联剂0.1%~2%；B组份成分及质量百分数如下：无机导热粉60%~90%；乙烯基硅油10%~30%；扩链剂0.1%~5%；交联剂0.1%~5%；抑制剂0.1%~1%；偶联剂0.1%~2%；其中，A组份与B组份中的所述无机导热粉为六方氮化硼、纳米氧化锌、球形氧化铝，以及外加氢氧化铝或氢氧化镁中的混合物所制备产物。本发明所制备的导热凝胶具备导热性能优异，渗油率低，密度低，可达到UL94 V‑0阻燃等级的有益效果。

Description

一种低渗油高导热的导热凝胶及制备方法

技术领域

本发明涉及热界面材料技术领域，尤其是一种低渗油高导热的导热凝胶及制备方法。

背景技术

随着消费电子产品、汽车行业、医疗器械行业的发展，对设备空间体积及轻量化提出了越来越高的要求，散热器件的结构间隙、规格尺寸越来越小，对导热材料提出了新的挑战。目前比较常用的热界面材料主要是导热硅脂、导热硅胶垫片、导热凝胶等。导热硅脂的一般使用方式是丝网或钢板印刷，或是直接刷涂，对使用者和环境十分不友好，并且由于导热硅脂的触变性，厚度范围只能做到0.08-2.0mm 左右，且导热硅脂由于没有交联反应，所以容易造成油粉分离，长时间使用可能会变干、粉化；导热垫片是散热导热市场上普遍用到的导热界面材料之一，但随着科技发展日新月异，电子产品功能一直在往集成化发展，导热电路板越来越小，空隙越来越小，而电子元件却越来越多，电路板热源过于集中，且热源之间的空间高度不一，形状各异，电子产品的功率却越来越大，因此对导热界面材料的要求也就越来越高，越来越多的散热传导问题已经不能被单一厚度的导热垫片所满足了；而导热凝胶任意成型想要的形状，对于不平整的 PCB 板和不规则器件（如元件角落部位），均可以设计出良好的润湿接触而不垂流，且导热凝胶可以配合自动化设备进行快速施胶，适应工业领域自动化生产工艺的需求。

现有的导热凝胶往往存在出油率高，影响元器件使用寿命，而且为了保证较高的导热性能，会大量填充导热粉体，从而使得在应用过程中增加了元器件的重量，现大部分精密设备需要导热凝胶挥发份低于500ppm，要求更高的甚至低于200ppm。有人通过添加低密度的中空微球填料与高导热填料进行复配来制备导热凝胶，此类产品虽然能够得到较高的导热系数，但中空微球制备成本较高，且阻燃性能较难达到V-0级，在某些场合不适用；另外有用碳纤维定向排列制作低密度导热垫片，此类产品的电绝缘性较差，制作工艺复杂。

发明内容

针对上述现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种导热性能优异、渗油率低、密度低、可达到UL94 V-0阻燃等级的导热凝胶及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种低渗油高导热的导热凝胶及制备方法，包括A和B两个组份；其中，A组份成分及质量百分数如下：

无机导热粉 60%~90%；

乙烯基硅油 10%~35%；

增塑剂 0.1%~2%；

催化剂 0.1%~1%；

偶联剂 0.1%~2%；

B组份成分及质量百分数如下：

无机导热粉 60%~90%；

乙烯基硅油 10%~30%；

扩链剂 0.1%~5%；

交联剂 0.1%~5%；

抑制剂 0.1%~1%；

偶联剂 0.1%~2%；

其中，A组份与B组份中的所述无机导热粉为六方氮化硼、纳米氧化锌、球形氧化铝，以及外加氢氧化铝或氢氧化镁中的混合物制备产物。

优选地，所述无机导热粉各成分及质量百分数为：

球形氧化铝 5%~50%

氢氧化铝/氢氧化镁 10%~80%

纳米氧化锌 0.1%~5%

六方氮化硼 1%~30%

优选地，所述球形氧化铝粒径为1~30μm，氢氧化铝、氢氧化镁粒径为10~80μm，所述纳米氧化锌粒径为100~900nm，所述六方氮化硼粒径为3~30μm。

优选地，所述乙烯基硅油为二次脱低分子的乙烯基硅油，粘度为50~5000mPa·s，最优的乙烯基硅油粘度为100~1000 mPa·s。

优选地，所述增塑剂为醋酸纤维素、乙基纤维素、邻苯二甲酸酯、均苯四酸四辛酯、二甘醇二苯甲酸酯、二丙二醇二苯甲酸酯、环氧大豆油、癸二酸二正己酯中的一种或多种组合。

优选地，所述催化剂为铂金催化剂，最优的铂金含量为100~5000ppm。

优选地，所述偶联剂为KH-550、KH-560，KH-570，十二烷基三甲基硅烷、十六烷基三甲基硅烷、铝酸酯、铝钛复合偶联剂中的一种或多种组合。

优选地，所述扩链剂为端含氢硅油、氨基硅油中的一种或两种组合，其中扩链剂中活性氢的质量分数为0.1%~1.3%wt。

优选地，所述交联剂为侧含氢硅油，其中含氢量为0.1%~1.3%wt。

优选地，所述抑制剂为甲基丁炔醇、乙炔基环己醇、2,5-二甲基-3羟基-1己炔中的一种或多种组合。

一种使用上述配方制备低渗油高导热的方法，包括以下步骤：

S1、配置无机导热粉：配置95%的乙醇溶液，加入醋酸调节Ph为3.5~6；搅拌下加入0.5~2%的偶联剂，先将球形氧化铝浸入溶液中轻微搅拌10min后取出，使用乙醇漂洗晾干，80~120℃真空干燥半小时，按无机导热粉的原料，将处理后的球形氧化铝与氢氧化铝/氢氧化镁、纳米氧化锌、六方氮化硼按比例混合均匀，即得无机导热粉；

S2、制备A组份：按照A组份的配方，先将乙烯基硅油、催化剂、增塑剂、偶联剂投入反应釜中，搅拌3~5min，升温至60~120℃，然后加入无机导热粉，并开启抽真空，开启搅拌，转速为10~50r/min，搅拌30~60min，冷却后得到A组份；

S3、制备B组份：按照B组份的配方，先将乙烯基硅油、扩链剂、交联剂、抑制剂、偶联剂投入反应釜中，搅拌3~5min，升温至60~120℃，然后加入无机导热粉，并开启抽真空，开启搅拌，转速为10~50r/min，搅拌30~60min，冷却后得到B组份。

S4、分装：使用分装机将A组份和B组份分别分装到1:1的针筒中。

由于采用了上述方案，本发明具备以下有益效果：

本发明产物是膏状物，采用点胶式设计，通过分装设备装入1:1的针筒，使用混合胶嘴打出，可实现自动化生产；

本发明采用经过二次脱低分子的乙烯基硅油，内部小分子含量极低，并通过调节含氢硅油活性氢与乙烯基官能团的比例为0.8-1.5，产品固化比较完全，因此产品固化后出油率极低，放置在吸油纸上烘烤，吸油纸上油晕未扩散出产品范围，总挥发≤100PPm；

本发明通过导热粉体的合理搭配以及添加低密度高导热填料氮化硼，在保证1.5~3.5W导热系数的同时，密度在2.0g/cm³以下，迎合了新能源汽车轻量化的新需求。

本发明添加氢氧化铝或氢氧化镁，其在受热时分解释放出结晶水，该过程为强吸热反应，吸收大量的热量，可起到冷却聚合物的作用，同时产生的水蒸气可以稀释可燃气体，抑制燃烧的蔓延。因此本发明产品具有极佳的阻燃性能，可达到UL94 V-0阻燃等级。

具体实施方式

以下结合对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

本发明特以5个实施例进行说明：

实施例1-5按以下配比表进行配料

其中各实施例中的无机导热粉按照下表进行配料

上表格中，氢氧化铝可以替换为氢氧化镁，替换后整体百分比数值关系不变。

其中各实例中硅油和助剂种类如下表

上述各实施案例所得的导热凝胶以下方法制得：

S1配置无机导热粉：配置95%的乙醇溶液，加入醋酸调节Ph为3.5~6。搅拌下加入0.5~2%的偶联剂，将球形氧化铝浸入溶液中轻微搅拌10min后取出，使用乙醇漂洗晾干，80~120℃真空干燥半小时。按无机导热粉的原料，将处理的球形氧化铝与氢氧化铝（氢氧化镁）、纳米氧化锌、六方氮化硼按比例混合均匀，即得无机导热粉。

S2、制备A组份：按照A组份的配方，先将乙烯基硅油、催化剂、增塑剂、偶联剂投入反应釜中，搅拌3~5min，升温至60~120℃，然后加入无机导热粉，并开启抽真空，开启搅拌，转速为10~50r/min，搅拌30~60min，冷却后得到A组分。

S3、制备B组份：按照B组份的配方，先将乙烯基硅油、扩链剂、交联剂、抑制剂、偶联剂投入反应釜中，搅拌3~5min，升温至60~120℃，然后加入无机导热粉，并开启抽真空，开启搅拌，转速为10~50r/min，搅拌30~60min，冷却后得到B组分。

S4、分装：使用分装机将A组份和B组份分别分装到1:1的针筒中。

将A、B组份从混合针管中打出后60℃30min或常温6h可固化。

5个实施例中的密度、导热系数渗油率测试结果如下：

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种低渗油高导热的导热凝胶，其特征在于：包括A和B两个组份；其中，A组份成分及质量百分数如下：

无机导热粉 60%~90%；

乙烯基硅油 10%~35%；

增塑剂 0.1%~2%；

催化剂 0.1%~1%；

偶联剂 0.1%~2%；

B组份成分及质量百分数如下：

无机导热粉 60%~90%；

乙烯基硅油 10%~30%；

扩链剂 0.1%~5%；

交联剂 0.1%~5%；

抑制剂 0.1%~1%；

偶联剂 0.1%~2%；

其中，A组份与B组份中的所述无机导热粉为六方氮化硼、纳米氧化锌、球形氧化铝，以及外加氢氧化铝或氢氧化镁中的混合物所制备产物。

2.如权利要求1所述的一种低渗油高导热的导热凝胶，其特征在于：所述无机导热粉各成分及质量百分数为：

球形氧化铝 5%~50%；

氢氧化铝/氢氧化镁 10%~80%；

纳米氧化锌 0.1%~5%；

六方氮化硼 1%~30%。

3.如权利要求2所述的一种低渗油高导热的导热凝胶，其特征在于：所述球形氧化铝粒径为1~30μm，氢氧化铝、氢氧化镁粒径为10~80μm，所述纳米氧化锌粒径为100~900nm，所述六方氮化硼粒径为3~30μm。

4.如权利要求1所述的一种低渗油高导热的导热凝胶，其特征在于：所述乙烯基硅油为二次脱低分子的乙烯基硅油，粘度为50~5000mPa·s，最优的乙烯基硅油粘度为100~1000mPa·s。

5.如权利要求1所述的一种低渗油高导热的导热凝胶，其特征在于：所述增塑剂为醋酸纤维素、乙基纤维素、邻苯二甲酸酯、均苯四酸四辛酯、二甘醇二苯甲酸酯、二丙二醇二苯甲酸酯、环氧大豆油、癸二酸二正己酯中的一种或多种组合。

6.如权利要求1所述的一种低渗油高导热的导热凝胶，其特征在于：所述催化剂为铂金催化剂，最优的铂金含量为100~5000ppm。

7.如权利要求1所述的一种低渗油高导热的导热凝胶，其特征在于：所述偶联剂为KH-550、KH-560，KH-570，十二烷基三甲基硅烷、十六烷基三甲基硅烷、铝酸酯、铝钛复合偶联剂中的一种或多种组合。

8.如权利要求1所述的一种低渗油高导热的导热凝胶，其特征在于：所述扩链剂为端含氢硅油、氨基硅油中的一种或两种组合，其中扩链剂中活性氢的质量分数为0.1%~1.3%wt；所述交联剂为侧含氢硅油，其中含氢量为0.1%~1.3%wt。

9.如权利要求1所述的一种低渗油高导热的导热凝胶，其特征在于：所述抑制剂为甲基丁炔醇、乙炔基环己醇、2,5-二甲基-3羟基-1己炔中的一种或多种组合。

10.一种用于制备如权利要求1-9任一项所述低渗油高导热的导热凝胶的方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、配置无机导热粉：配置95%的乙醇溶液，加入醋酸调节Ph为3.5~6；搅拌下加入0.5~2%的偶联剂，先将球形氧化铝浸入溶液中轻微搅拌10min后取出，使用乙醇漂洗晾干，80~120℃真空干燥半小时，按无机导热粉的原料，将处理后的球形氧化铝与氢氧化铝/氢氧化镁、纳米氧化锌、六方氮化硼按比例混合均匀，即得无机导热粉；

S2、制备A组份：按照A组份的配方，先将乙烯基硅油、催化剂、增塑剂、偶联剂投入反应釜中，搅拌3~5min，升温至60~120℃，然后加入无机导热粉，并开启抽真空，开启搅拌，转速为10~50r/min，搅拌30~60min，冷却后得到A组份；

S3、制备B组份：按照B组份的配方，先将乙烯基硅油、扩链剂、交联剂、抑制剂、偶联剂投入反应釜中，搅拌3~5min，升温至60~120℃，然后加入无机导热粉，并开启抽真空，开启搅拌，转速为10~50r/min，搅拌30~60min，冷却后得到B组份；

S4、分装：使用分装机将A组份和B组份分别分装到1:1的针筒中。