CN114292521B - 一种导热凝胶及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种导热凝胶及其制备方法。导热凝胶包括以下原料组份:侧链乙烯基硅油1~20质量份;双端含氢硅油1~20质量份;双端乙烯基硅油1~20质量份;催化剂0.01~1.0质量份;抑制剂0.001~0.5质量份;导热填料60~90质量份。本发明从导热凝胶分子链结构的设计出发,在有机硅弹性体中引入大量分子链物理缠结网络、化学交联网络和导热填料网络,利用物理缠结点通过外力随分子链滑动的特点实现有机硅热界面材料的超高韧性(200~8000J/m2);利用导热填料与分子链缠结间的相互作用形成的导热通路同时实现有机硅热界面材料的高导热率(0.5~8.0W/mK)和低接触热阻(2.00~0.05℃×cm2/W)。
Description
技术领域
本发明涉及导热凝胶技术领域,尤其涉及一种导热凝胶及其制备方法。
背景技术
随着电子产品元器件的微型化和集成化发展趋势,工业界为了确保电子元器件的稳定性、可靠性和耐用性首先需要解决散热问题。出于制造工艺的原因,热源和散热器之间粗糙的表面接触后会产生大量的气孔,空气热导率过低严重阻碍热量的传输。为了解决这一问题,人们提出了一种填充热界面材料(Thermal interfere materials,TIMs)以取代原本的空气间隙,通过向有机硅材料中填充无机导热填料是提高其热导性能,和热传输效率。除此之外,由于材料的热膨胀系数不匹配,电子元器件在使用过程中常常出现热界面材料流失、脱落、翘曲等现象,这就要求热界面材料需要良好的韧性来应对这种情况的发生。
有机硅填充热界面材料普遍面临以下两个难题:1)无法同时实现热界面材料的高导热率和低接触热阻;2)无法同时实现优异的导热性能和超高韧性。现有技术中,在弹性体中引入分子链缠结网络结构和填料网络等是目前弹性体增韧最重要的两种方法。
曾凡坤等通过添加碳化硅颗粒制备具有高导热系数的热界面材料(曾凡坤.碳化硅颗粒增强石墨/铝复合材料的热物理性能[J/OL].复合材料学报:1-7[2021-11-16].)。程宪涛等以甲基乙烯基硅油、含氢硅油为基胶、氧化铝为导热填料、羟基乙烯基硅油为低模量助剂、有机硅铁络合物为耐高温助剂制备了耐高温低模量导热有机硅材料(程宪涛.耐高温低模量导热有机硅材料的制备[J].合成材料老化与应用,2021,50(05):16-18.)。但是,二者均未关注到接触热阻,其对热界面材料的导热性能起到至关重要的作用,限制热界面材料的实际应用。
同时,目前国内外很少出现导热凝胶关于其韧性的相关报道。周勇等利用拉伸强度来表达韧性(周勇.海泡石基韧性导热固结材料的制备及其性能研究[J].中国非金属矿工业导刊,2021(03):6-9.),忽略了其断裂伸长率对材料韧性的影响,且一味追求力学性能忽略了其导热性能。
为此本发明首次将断裂能概念引入导热凝胶解决了拉伸强度与断裂伸长率之间的不匹配问题且追求高韧性的同时获得了优异的导热性能,对于行业发展具有十分重大的现实意义。
发明内容
针对上述技术问题,本发明提供一种导热凝胶及其制备方法。本发明从导热凝胶的分子链结构出发,通过在有机硅弹性体中引入大量的分子链缠结网络和填料网络,从而实现有机硅导热凝胶的高导热率、低接触热阻和超高韧性,利用填料与分子链网络结构之间的相互作用力形成的导热通路同时实现有机硅热界面材料的高导热率和低接触热阻。
为实现上述目的,本发明采取的技术方案为:
本发明第一方面提供一种导热凝胶,包括以下原料组份:
(1)侧链乙烯基硅油1~20质量份;
(2)双端含氢硅油1~20质量份;
(3)双端乙烯基硅油1~20质量份;
(4)催化剂0.01~1.0质量份;
(5)抑制剂0.001~0.5质量份;
(6)导热填料60~90质量份。
在某些具体的实施例中,侧链乙烯基硅油的质量份数为1份、5份、10份、15份、20份或它们之间任意数值的质量份数。
在某些具体的实施例中,双端含氢硅油的质量份数为1份、5份、10份、15份、20份或它们之间任意数值的质量份数。
在某些具体的实施例中,双端乙烯基硅油的质量份数为1份、5份、10份、15份、20份或它们之间任意数值的质量份数。
在某些具体的实施例中,催化剂的质量份数为或它们之间任意数值的质量份数。
在某些具体的实施例中,抑制剂的质量份数为0.001份、或它们之间任意数值的质量份数。
在某些具体的实施例中,导热填料的质量份数为60份、70份、80份、90份或它们之间任意数值的质量份数。
作为优选地实施方式,所述双端含氢硅油的质均分子量为18000~20000;
优选地,所述双端乙烯基硅油的质均分子量为8000~10000;
优选地,所述侧链乙烯基硅油的质均分子量为4000~5000;
优选地,所述导热填料选自氧化铝、铝、氧化锌、氢氧化铝和氢氧化镁中的任意一种或几种;
优选地,所述催化剂为氯铂酸-异丙醇络合物;
优选地,所述抑制剂为2-苯基-3-丁基-2-己醇。
优选地,所述双端含氢硅油的氢基含量为0.1~0.12mmol/g。
作为优选地实施方式,所述双端含氢硅油的氢基含量为0.1~0.12mmol/g;
优选地,所述双端乙烯基硅油的乙烯基含量为0.20~0.24mmol/g;
优选地,所述侧链乙烯基硅油的乙烯基含量为0.32~0.34mmol/g;
优选地,所述导热填料的粒径为0.1~100μm,例如为0.1μm、10μm、20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm或它们之间任意数值的粒径。
在本发明的技术方案中,所述双端含氢硅油的氢基含量指端氢基的官能团含量;所述双端乙烯基硅油的乙烯基含量指端乙烯基的官能团含量;所述侧链乙烯基硅油的乙烯基含量指侧链乙烯基的官能团含量。
在本发明的技术方案中,所述导热凝胶的导热系数为0.5~8.0W/mK,接触热阻为2.00~0.05℃·cm2/W,断裂能为200~8000J/m2。
本发明第二方面提供上述导热凝胶的制备方法,包括如下步骤:
(1)合成硅油预聚体:将双端乙烯基硅油和双端含氢硅油在催化剂的作用下,反应得到硅油预聚体;
(2)将步骤(1)得到的硅油预聚体与双端乙烯基硅油、双端含氢硅油、侧链乙烯基硅油、导热填料和抑制剂按比例搅拌共混;
(3)加入催化剂,继续搅拌,即得到所述导热凝胶;
或,
S1按比例将双端乙烯基硅油、双端含氢硅油、侧链乙烯基硅油、导热填料和抑制剂搅拌共混;
S2加入催化剂,继续搅拌,即得到所述导热凝胶。
作为优选地实施方式,步骤(1)中,所述双端乙烯基硅油中的乙烯基与双端含氢硅油中的端氢基的摩尔比为2:3~3:2;所述催化剂的质量为双端乙烯基硅油和双端含氢硅油总质量的0.1~0.8%;
优选地,步骤(1)中,所述反应的温度为60~80℃;所述反应的时间为20~24h;
优选地,步骤(1)在保护气氛下进行。
作为优选地实施方式,步骤(2)中,所述硅油预聚体的质量与所述双端乙烯基硅油、双端含氢硅油、侧链乙烯基硅油的质量和的比为2:3~3:2;所述硅油预聚体与所述双端乙烯基硅油、双端含氢硅油、侧链乙烯基硅油的总质量与所述导热填料的质量比为1:9~2:3。
优选地,步骤(2)中,所述搅拌共混为真空搅拌;
优选地,所述真空搅拌的真空度为-85.0~-92kPa下;所述真空搅拌的温度为100~150℃;所述真空搅拌的时间为2.0h~4.0h;所述真空搅拌的转速为50~100rpm。
作为优选地实施方式,步骤(3)中,所述继续搅拌的时间为2~4h。
在某些具体的实施方式中,步骤(3)的具体操作为:加入催化剂后,150~180℃条件下,以160~200rpm的转速真空搅拌2.0~2.5h后,关闭加热,然后以50~60rpm的转速,搅拌至冷却。
作为优选地实施方式,步骤S1中,所述搅拌共混为真空搅拌;
优选地,所述真空搅拌的真空度为-85.0~-92kPa下;所述真空搅拌的温度为100~150℃;所述真空搅拌的时间为2.0h~4.0h;所述真空搅拌的转速为50~100rpm。
作为优选地实施方式,步骤S2中,所述继续搅拌的时间为2~4h。
在某些具体的实施方式中,步骤S2的具体操作为:加入催化剂后,150~180℃条件下,以160~200rpm的转速真空搅拌2.0~2.5h后,关闭加热,然后以50~60rpm的转速,搅拌至冷却。
在本发明的技术方案中,步骤(3)与步骤S2中,先快速加热搅拌可以使导热填料与硅油基体充分混合;而冷却慢速搅拌中,冷却是为了下一步加入催化剂,慢速搅拌是为了防止冷却过程中导热填料与硅油基体发生分离。
上述技术方案具有如下优点或者有益效果:
本发明提供的导热凝胶,通过在导热凝胶中引入分子链物理缠结网络、化学交联网络以及填料网络,实现高导热率和低接触热阻。其中,物理缠结网络的形成可以有效的提高导热凝胶的韧性;化学交联网络则使导热凝胶从液态转变为固态;当导热填料的含量达到一定程度时,材料内部会形成导热通路,从而实现高导热率和低接触热阻。
本发明通过两种方法制备导热凝胶,一种为通过硅油预聚体的方式先形成物理缠结网络,再形成化学交联网络;另一种为同时形成物理缠结网络和化学交联网络。为了获得较好的物理缠结网络,首先需提高分子链的长度。如果使用超高分子量的硅油会出现两个问题,一个是粘度太大制备出来的导热凝胶没有应用价值,一个是反应活性太低需要加入大量的交联剂才能使其形成化学交联网络(成型)。因此选取粘度较低、活性适中的双端乙烯基硅油和双端含氢硅油通过化学反应形成共价键不断延长分子链,从而实现形成物理缠结网络。而侧链乙烯基硅油则作为交联剂形成化学交联网络。
本发明从导热凝胶分子链结构的设计出发,通过在有机硅弹性体中引入大量的分子链物理缠结网络和导热填料网络,利用物理缠结点通过外力随分子链滑动的特点实现有机硅热界面材料的超高韧性(200~8000J/m2);利用导热填料与分子链缠结网络之间的相互作用力形成的导热通路同时实现有机硅热界面材料的高导热率(0.5~8.0W/mK)和低接触热阻(2.00~0.05℃×cm2/W)。
附图说明
图1是本发明实施例1-7中的导热凝胶的结构示意图。
图2是本发明制造例中硅油预聚体合成过程中的主要化学反应过程。
图3是本发明实施例中断裂能测试中无缺口试样的应力-应变曲线图。
具体实施方式
下述实施例仅仅是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。因此,以下提供的本发明实施例中的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围,而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例,本领域技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明的保护范围。
在本发明中,若非特指,所有的设备和原料等均可从市场购得或是本行业常用的。下述实施例中的方法,如无特别说明,均为本领域的常规方法。
下述实施例与对比例中:
所用的双端含氢硅油购自广东翁江化学试剂有限公司,牌号为70900-21-9。
所用的双端乙烯基硅油购自广东翁江化学试剂有限公司,牌号为68083-19-2。
所用的侧链乙烯基硅油购自广东翁江化学试剂有限公司,牌号为53529-60-5。
制造例合成硅油预聚体:
在保护气氛下,将质均分子量20000、氢基含量0.1028mmol/g的双端含氢硅油(30.0g)和质均分子量10000、乙烯基含量0.2047mmol/g的双端乙烯基硅油(15.0g)混合,加入氯铂酸-异丙醇络合物(0.0675g),在80℃下反应24h,得到硅油预聚体;
实施例1:
(1)硅油预聚体和其他硅油质量比为3:2,硅油预聚体和其他硅油总质量与填料质量比为1:9。将硅油预聚体(9g)与质均分子量5000、乙烯基含量0.3255mmol/g的侧链乙烯基硅油(1.38g),质均分子量10000、乙烯基含量0.2047mmol/g的双端乙烯基硅油(0.74g),质均分子量20000、氢基含量0.1028mmol/g的双端含氢硅油(3.88g),粒径为20μm的氧化铝(67.5g),粒径15μm的铝(33.75g),粒径0.3μm的氧化锌(33.75g)和2-苯基-3-丁基-2-己醇(0.01g)加入0.5L的双行星搅拌机;在真空度-90.0kPa下,以50rpm的速度,搅拌2.0h;
(2)加入氯铂酸-异丙醇络合物(0.05g),在真空度-90.0kPa,150摄氏度条件下,以200rpm的速度,搅拌2.0h后,关闭加热,在真空度-90.0kPa下,以50rpm的速度,继续搅拌至材料冷却至25℃,得到导热凝胶。
实施例2
本实施例中的导热凝胶制备过程同实施例1,不同之处在于,硅油预聚体的质量与侧链乙烯基硅油、双端乙烯基硅油、双端含氢硅油的质量和的比为1:1,具体制备过程如下:
(1)将硅油预聚体(7.5g)与质均分子量5000、乙烯基含量0.3255mmol/g的侧链乙烯基硅油(1.725g),质均分子量10000、乙烯基含量0.2047mmol/g的双端乙烯基硅油(0.925g),质均分子量20000、氢基含量0.1028mmol/g的双端含氢硅油(4.85g),粒径为20μm的氧化铝(67.5g),粒径15μm的铝(33.75g),粒径0.3μm的氧化锌(33.75g)和2-苯基-3-丁基-2-己醇(0.01g)加入0.5L的双行星搅拌机;在真空度-90.0kPa下,以50rpm的速度,搅拌2.0h;
(2)加入氯铂酸-异丙醇络合物(0.05g),在真空度-90.0kPa,150摄氏度条件下,以200rpm的速度,搅拌2.0h后,关闭加热,在真空度-90.0kPa下,以50rpm的速度,继续搅拌至材料冷却至25℃,得到导热凝胶。
硅油预聚体的质量与侧链乙烯基硅油、双端乙烯基硅油、双端含氢硅油的质量和的比为3:2更换为硅油预聚体的质量与侧链乙烯基硅油、双端乙烯基硅油、双端含氢硅油的质量和的比为1:1,其余均与实施例1相同,产物命名为CE-2-90。
实施例3
本实施例中的导热凝胶制备过程同实施例1,不同之处在于,硅油预聚体的质量与侧链乙烯基硅油、双端乙烯基硅油、双端含氢硅油的质量和的比为2:3具体制备过程如下:
(1)将硅油预聚体(6g)与质均分子量5000、乙烯基含量0.3255mmol/g的侧链乙烯基硅油(2.07g),质均分子量10000、乙烯基含量0.2047mmol/g的双端乙烯基硅油(1.11g),质均分子量20000、氢基含量0.1028mmol/g的双端含氢硅油(5.82g),粒径为20μm的氧化铝(67.5g),粒径15μm的铝(33.75g),粒径0.3μm的氧化锌(33.75g)和2-苯基-3-丁基-2-己醇(0.01g)加入0.5L的双行星搅拌机;在真空度-90.0kPa下,以50rpm的速度,搅拌2.0h;
(2)加入氯铂酸-异丙醇络合物(0.05g),在真空度-90.0kPa,150摄氏度条件下,以200rpm的速度,搅拌2.0h后,关闭加热,在真空度-90.0kPa下,以50rpm的速度,继续搅拌至材料冷却至25℃,得到导热凝胶。
除步骤2中硅油预聚体的质量与侧链乙烯基硅油、双端乙烯基硅油、双端含氢硅油的质量和的比为3:2更换为硅油预聚体的质量与侧链乙烯基硅油、双端乙烯基硅油、双端含氢硅油的质量和的比为2:3,其余均与实施例1相同,产物命名为CE-3-90。
实施例4
本实施例中的导热凝胶制备过程同实施例1,不同之处在于,硅油预聚体和其他硅油总质量与填料质量比为2:8,具体制备过程如下:
(1)将硅油预聚体(9g)与质均分子量5000、乙烯基含量0.3255mmol/g的侧链乙烯基硅油(1.38g),质均分子量10000、乙烯基含量0.2047mmol/g的双端乙烯基硅油(0.74g),质均分子量20000、氢基含量0.1028mmol/g的双端含氢硅油(3.88g),粒径为20μm的氧化铝(30g),粒径15μm的铝(15g),粒径0.3μm的氧化锌(15g)和2-苯基-3-丁基-2-己醇(0.01g)加入0.5L的双行星搅拌机;在真空度-90.0kPa下,以50rpm的速度,搅拌2.0h;
(2)加入氯铂酸-异丙醇络合物(0.05g),在真空度-90.0kPa,150摄氏度条件下,以200rpm的速度,搅拌2.0h后,关闭加热,在真空度-90.0kPa下,以50rpm的速度,继续搅拌至材料冷却至25℃,得到导热凝胶。
除步骤2中硅油预聚体和其他硅油总质量与填料质量比为1:9更换为硅油预聚体和其他硅油总质量与填料质量比为2:8,其余均与实施例1相同,产物命名为CE-1-80。
实施例5
本实施例中的导热凝胶制备过程同实施例1,不同之处在于,硅油预聚体和其他硅油总质量与填料质量比为3:7,具体制备过程如下:
(1)将硅油预聚体(9g)与质均分子量5000、乙烯基含量0.3255mmol/g的侧链乙烯基硅油(1.38g),质均分子量10000、乙烯基含量0.2047mmol/g的双端乙烯基硅油(0.74g),质均分子量20000、氢基含量0.1028mmol/g的双端含氢硅油(3.88g),粒径为20μm的氧化铝(17.5g),粒径15μm的铝(8.75g),粒径0.3μm的氧化锌(8.75g)和2-苯基-3-丁基-2-己醇(0.01g)加入0.5L的双行星搅拌机;在真空度-90.0kPa下,以50rpm的速度,搅拌2.0h;
(2)加入氯铂酸-异丙醇络合物(0.05g),在真空度-90.0kPa,150摄氏度条件下,以200rpm的速度,搅拌2.0h后,关闭加热,在真空度-90.0kPa下,以50rpm的速度,继续搅拌至材料冷却至25℃,得到导热凝胶。
除步骤2中硅油预聚体和其他硅油总质量与填料质量比为1:9更换为硅油预聚体和其他硅油总质量与填料质量比为3:7,其余均与实施例1相同,产物命名为CE-1-70。
实施例6
本实施例中的导热凝胶制备过程同实施例1,不同之处在于,硅油预聚体和其他硅油总质量与填料质量比为4:6,具体制备过程如下:
(1)将硅油预聚体(9g)与质均分子量5000、乙烯基含量0.3255mmol/g的侧链乙烯基硅油(1.38g),质均分子量10000、乙烯基含量0.2047mmol/g的双端乙烯基硅油(0.74g),质均分子量20000、氢基含量0.1028mmol/g的双端含氢硅油(3.88g),粒径为20μm的氧化铝(11.25g),粒径15μm的铝(5.625g),粒径0.3μm的氧化锌(5.625g)和2-苯基-3-丁基-2-己醇(0.01g)加入0.5L的双行星搅拌机;在真空度-90.0kPa下,以50rpm的速度,搅拌2.0h;
(2)加入氯铂酸-异丙醇络合物(0.05g),在真空度-90.0kPa,150摄氏度条件下,以200rpm的速度,搅拌2.0h后,关闭加热,在真空度-90.0kPa下,以50rpm的速度,继续搅拌至材料冷却至25℃,得到导热凝胶。
除步骤2中硅油预聚体和其他硅油总质量与填料质量比为1:9更换为硅油预聚体和其他硅油总质量与填料质量比为4:6,其余均与实施例1相同,产物命名为CE-1-60。
实施例7
(1)将质均分子量20000、官能团含量0.1028mmol/g的双端含氢硅油(9.88g),质均分子量10000、乙烯基含量0.2047mmol/g的双端乙烯基硅油(3.74g),质均分子量5000、官能团含量0.3255mmol/g的侧链乙烯基硅油(1.38g),粒径为20μm的氧化铝(67.5g),粒径15μm的铝(33.75g),粒径0.3μm的氧化锌(33.75g)和2-苯基-3-丁基-2-己醇(0.01g)加入0.5L的双行星搅拌机。在真空度-90.0kPa下,以50rpm的速度,搅拌2.0h;
(2)加入氯铂酸-异丙醇络合物(0.05g),在真空度-90.0kPa,150摄氏度条件下,以200rpm的速度,继续搅拌2.0h;
(3)关闭加热,在真空度-90.0kPa下,以50rpm的速度,继续搅拌至材料冷却至25℃,得到导热凝胶。
对比例1
(1)将质均分子量20000、氢基含量0.1028mmol/g的双端含氢硅油(13.16g),质均分子量5000、乙烯基含量0.3255mmol/g的侧链乙烯基硅油(1.84g),粒径为20μm的氧化铝(67.5g),粒径15μm的铝(33.75g),粒径0.3μm的氧化锌(33.75g),2-苯基-3-丁基-2-己醇(0.01g)加入0.5L的双行星搅拌机。在真空度-90.0kPa下,以50rpm的速度,搅拌2.0h;
(2)然后加入氯铂酸-异丙醇络合物(0.05g),在真空度-90.0kPa,150摄氏度条件下,以200rpm的速度,继续搅拌2.0h;
(3)关闭加热,在真空度-90.0kPa下,以50rpm的速度,继续搅拌至材料冷却至25℃,得到导热凝胶。
对比例2
(1)将质均分子量20000、官能团含量0.1028mmol/g的双端含氢硅油(9.88g),质均分子量10000、乙烯基含量0.2047mmol/g的双端乙烯基硅油(3.74g),质均分子量5000、官能团含量0.3255mmol/g的侧链乙烯基硅油(1.38g),2-苯基-3-丁基-2-己醇(0.01g)加入0.5L的双行星搅拌机;在真空度-90.0kPa下,以50rpm的速度,搅拌2.0h;
(2)然后加入氯铂酸-异丙醇络合物(0.05g),在真空度-90.0kPa,150摄氏度条件下,以200rpm的速度,继续搅拌2.0h;
(3)关闭加热,在真空度-90.0kPa下,以50rpm的速度,继续搅拌至材料冷却至25℃,得到导热凝胶。
本发明实施例1-7中的导热凝胶的结构图见图1,物理缠结网络是由高分子长链以类似绳子打结的形式彼此缠结,当缠结的数量到达一定程度时可以形成网络;化学交联点是双端含氢硅油和双端乙烯基硅油中的氢基与乙烯基通过化学反应形成共价键实现交联,当交联点的数量达到一定程度时形成交联网络,使材料完成由液态到固态的转变;导热填料网络则由众多导热填料颗粒组成,当导热填料的数量达到一定程度时能够形成导热通路,从而降低热阻,提高热导率。上述实施例中,实施例1~3主要涉及物理缠结网络含量的影响,其中,硅油预聚体制备过程中发生的主要化学反应见图2所示;实施例4~6主要涉及不同含量导热填料网络的影响;实施例7主要涉及不同制备方法的影响;对比例1、2主要涉及不含物理缠结网络、不含导热填料网络的影响。
效果测试:
(1)导热性能测试:
稳态法测定垂直方向导热的标准试验方法,测试仪器为LW-9389TIM电阻电导率测量仪,具体步骤为:在温度80℃,压力10psi下,分别测试出三种不同厚度热界面复合材料的热阻RTotal与厚度BLT之间的关系,再将得到的数据线性拟合,如式(1)所示,斜率即为热界面材料的导热系数κTIM,与y轴的截距即为接触热阻RContact:
RTotal=RContact+BLT/κTIM (1)
(2)韧性测试
采用岛津万能电子试验机AGX-10kNVD测试热界面复合材料的断裂能。测试条件及参数:温度为25℃,拉伸速度10mm/min。测试样品为将热界面复合材料分别裁剪成50mm长4mm宽的哑铃型和50mm长10mm宽且中间处有一个2mm宽的“V”字型缺口两种形状。对两种形状的热界面复合材料分别拉伸并记录它们的应力应变曲线。
断裂能Г由式(2)计算得到:
Γ=2kUc (2)
式(2)中:
c为有缺口试样的缺口宽度;
U为无缺口试样的应力-应变曲线从0到λ的积分,断裂伸长率为λ,如图3所示;
根据上述方法测试实施例1~7、对比例1~3提供的热界面材料的导热系数、接触热阻和断裂能结果如表1所示:
表1
从表1中可以看出:物理缠结网络对导热凝胶的导热性能几乎没有影响,对韧性有显著影响,且韧性的增加与物理缠结网络的含量有着正相关的关系;导热填料网络对导热凝胶的韧性几乎没有影响,对导热性能有显著影响,且导热性能与导热填料的含量正相关;对于无预聚体的制备方法,其导热性能无明显差别,韧性有大幅度的下降。
申请人声明,本发明通过上述实施例来说明本发明提供的高韧性导热凝胶及其制备的工艺方法,但本发明并不局限于上述工艺步骤,即不意味着本发明必须依赖上述工艺步骤才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了,对本发明的任何改进,对本发明所选用原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等,均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (15)
1.一种导热凝胶,其特征在于,由以下原料组份制成:
(1)侧链乙烯基硅油1~20质量份;
(2)双端含氢硅油5~20质量份;
(3)双端乙烯基硅油1~20质量份;
(4)催化剂0.01~1.0质量份;
(5)抑制剂0.001~0.5质量份;
(6)导热填料60~90质量份;
所述双端含氢硅油的质均分子量为18000~20000;
所述双端乙烯基硅油的质均分子量为8000~10000;
所述双端含氢硅油的氢基含量为0.1~0.12 mmol/g;
所述双端乙烯基硅油的乙烯基含量为0.20~0.24 mmol/g;
所述导热凝胶的制备方法包括如下步骤:
(1)合成硅油预聚体:将双端乙烯基硅油和双端含氢硅油在催化剂的作用下,反应得到硅油预聚体;
(2)将步骤(1)得到的硅油预聚体与双端乙烯基硅油、双端含氢硅油、侧链乙烯基硅油、导热填料和抑制剂按比例搅拌共混;
(3)加入催化剂,继续搅拌,即得到所述导热凝胶。
2.根据权利要求1所述的导热凝胶,其特征在于,所述侧链乙烯基硅油的质均分子量为4000~5000。
3.根据权利要求1所述的导热凝胶,其特征在于,所述导热填料选自氧化铝、铝、氧化锌、氢氧化铝和氢氧化镁中的任意一种或几种。
4.根据权利要求1所述的导热凝胶,其特征在于,所述催化剂为氯铂酸-异丙醇络合物。
5.根据权利要求1所述的导热凝胶,其特征在于,所述抑制剂为2-苯基-3-丁基-2-己醇。
6.根据权利要求1所述的导热凝胶,其特征在于,所述侧链乙烯基硅油的乙烯基含量为0.32~0.34 mmol/g。
7.根据权利要求1所述的导热凝胶,其特征在于,所述导热填料的粒径为0.1~100 μm。
8.根据权利要求1所述的导热凝胶,其特征在于,所述导热凝胶的导热系数为0.5~8.0W/mK,接触热阻为2.00~0.05ºC·cm2/W,断裂能为200~8000 J/m2。
9.根据权利要求1所述的导热凝胶,其特征在于,步骤(1)中,所述双端乙烯基硅油中的乙烯基与双端含氢硅油中的端氢基的摩尔比为2:3~3:2;所述催化剂的质量为双端乙烯基硅油和双端含氢硅油总质量的0.1~0.8%。
10.根据权利要求1所述的导热凝胶,其特征在于,步骤(1)中,所述反应的温度为60~80℃;所述反应的时间为20~24 h。
11.根据权利要求1所述的导热凝胶,其特征在于,步骤(1)在保护气氛下进行。
12.根据权利要求1所述的导热凝胶,其特征在于,步骤(2)中,所述硅油预聚体的质量与所述双端乙烯基硅油、双端含氢硅油、侧链乙烯基硅油的质量和的比为2:3~3:2;所述硅油预聚体与所述双端乙烯基硅油、双端含氢硅油、侧链乙烯基硅油的总质量与所述导热填料的质量比为1:9~2:3。
13.根据权利要求1所述的导热凝胶,其特征在于,步骤(2)中,所述搅拌共混为真空搅拌。
14.根据权利要求13所述的导热凝胶,其特征在于,所述真空搅拌的真空度为-85.0~-92 kPa下;所述真空搅拌的温度为100~150℃;所述真空搅拌的时间为2.0 h~4.0 h;所述真空搅拌的转速为50~100 rpm。
15.根据权利要求1所述的导热凝胶,其特征在于,步骤(3)中,所述继续搅拌的时间为2~4 h。
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