CN114479476A - 一种宽频带宽温域高阻尼的导热凝胶及其制备方法和应用 - Google Patents
一种宽频带宽温域高阻尼的导热凝胶及其制备方法和应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114479476A CN114479476A CN202210170545.1A CN202210170545A CN114479476A CN 114479476 A CN114479476 A CN 114479476A CN 202210170545 A CN202210170545 A CN 202210170545A CN 114479476 A CN114479476 A CN 114479476A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- silicone oil
- wide
- hydrogen
- heat
- containing silicone
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000013016 damping Methods 0.000 title claims abstract description 63
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 20
- 238000001879 gelation Methods 0.000 title description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 92
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims abstract description 92
- 229920002545 silicone oil Polymers 0.000 claims abstract description 86
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 84
- 125000000391 vinyl group Chemical group [H]C([*])=C([H])[H] 0.000 claims abstract description 27
- 229920002554 vinyl polymer Polymers 0.000 claims abstract description 27
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 25
- 239000000945 filler Substances 0.000 claims abstract description 23
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000003112 inhibitor Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 32
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 13
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 claims description 12
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 11
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 11
- QYLFHLNFIHBCPR-UHFFFAOYSA-N 1-ethynylcyclohexan-1-ol Chemical compound C#CC1(O)CCCCC1 QYLFHLNFIHBCPR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 10
- 239000011231 conductive filler Substances 0.000 claims description 8
- 238000000748 compression moulding Methods 0.000 claims description 7
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 6
- WNROFYMDJYEPJX-UHFFFAOYSA-K aluminium hydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[OH-].[Al+3] WNROFYMDJYEPJX-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 3
- CEBKHWWANWSNTI-UHFFFAOYSA-N 2-methylbut-3-yn-2-ol Chemical compound CC(C)(O)C#C CEBKHWWANWSNTI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- KSLSOBUAIFEGLT-UHFFFAOYSA-N 2-phenylbut-3-yn-2-ol Chemical compound C#CC(O)(C)C1=CC=CC=C1 KSLSOBUAIFEGLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- INASARODRJUTTN-UHFFFAOYSA-N 3-methyldodec-1-yn-3-ol Chemical compound CCCCCCCCCC(C)(O)C#C INASARODRJUTTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims description 2
- VTHJTEIRLNZDEV-UHFFFAOYSA-L magnesium dihydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Mg+2] VTHJTEIRLNZDEV-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 2
- 239000000347 magnesium hydroxide Substances 0.000 claims description 2
- 229910001862 magnesium hydroxide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 2
- 238000005303 weighing Methods 0.000 claims description 2
- 239000000499 gel Substances 0.000 description 45
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 11
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 8
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 8
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 7
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 7
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 6
- VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N Ethene Chemical compound C=C VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000005977 Ethylene Substances 0.000 description 5
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 5
- 238000011161 development Methods 0.000 description 5
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 5
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 5
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 description 4
- 229920002379 silicone rubber Polymers 0.000 description 4
- 239000004945 silicone rubber Substances 0.000 description 4
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 3
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000011160 research Methods 0.000 description 3
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 2
- 238000011031 large-scale manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000006855 networking Effects 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N sulfuric acid Substances OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000000930 thermomechanical effect Effects 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 229910052582 BN Inorganic materials 0.000 description 1
- PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N Boron nitride Chemical compound N#B PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000219000 Populus Species 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 1
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 1
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000007334 copolymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- HIHIPCDUFKZOSL-UHFFFAOYSA-N ethenyl(methyl)silicon Chemical compound C[Si]C=C HIHIPCDUFKZOSL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003337 fertilizer Substances 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical group [H]* 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000006386 neutralization reaction Methods 0.000 description 1
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 239000004544 spot-on Substances 0.000 description 1
- 238000007655 standard test method Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L83/00—Compositions of macromolecular compounds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing silicon with or without sulfur, nitrogen, oxygen or carbon only; Compositions of derivatives of such polymers
- C08L83/04—Polysiloxanes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K5/00—Heat-transfer, heat-exchange or heat-storage materials, e.g. refrigerants; Materials for the production of heat or cold by chemical reactions other than by combustion
- C09K5/08—Materials not undergoing a change of physical state when used
- C09K5/14—Solid materials, e.g. powdery or granular
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
- C08K3/02—Elements
- C08K3/08—Metals
- C08K2003/0812—Aluminium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
- C08K3/18—Oxygen-containing compounds, e.g. metal carbonyls
- C08K3/20—Oxides; Hydroxides
- C08K3/22—Oxides; Hydroxides of metals
- C08K2003/2227—Oxides; Hydroxides of metals of aluminium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
- C08K3/18—Oxygen-containing compounds, e.g. metal carbonyls
- C08K3/20—Oxides; Hydroxides
- C08K3/22—Oxides; Hydroxides of metals
- C08K2003/2296—Oxides; Hydroxides of metals of zinc
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K2201/00—Specific properties of additives
- C08K2201/002—Physical properties
- C08K2201/005—Additives being defined by their particle size in general
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
Abstract
一种宽频带宽温域高阻尼的导热凝胶及其制备方法和应用,属于热界面材料技术领域。本发明提供了宽频带宽温域高阻尼的导热凝胶包括以下质量份数:侧链乙烯基硅油65~90,双端含氢硅油0~2,侧链含氢硅油0~2,单端含氢硅油10~30,催化剂0.1~1.0,抑制剂0.01~0.5;还包括导热填料,其与侧链乙烯基硅油、双端含氢硅油、侧链含氢硅油和单端含氢硅油之和的质量比为80~95:5~20。还提供了该导热凝胶的制备方法和应用。本发明导热凝胶阻尼功能在0.01Hz到>100Hz的频率范围、‑50℃到150℃的温度范围都表现为tanδ>0.3,导热系数在1.0‑7.0W/mK。
Description
技术领域
本发明属于热界面材料技术领域。具体涉及一种宽频带宽温域高阻尼的导热凝胶及其制备方法和应用。
背景技术
随着数字化和信息化的发展、“碳达峰”和“碳中和”目标的落地,电力驱动、智能网联和低碳出行驱动汽车产业的巨大变革,推动新能源汽车、智能网联汽车市场化成为必然趋势。微缩型、高密度、智能化的汽车元器件以及锂电池包的散热问题成为直接影响车辆性能和安全性的关键因素。同时,由于汽车在行驶过程中所不可避免的振动颠簸、碰撞冲击等,开发兼具高导热和高阻尼性能的热界面材料以适应产业发展趋势具有重要意义。相关研究表明,通常汽车振动的频率范围为100-104,汽车元器件和锂电池包的应用温度范围为-40℃-125℃。综合而言,在宽频带和宽温域具有优异阻尼性能,且具有优异导热性能的热界面材料的研发也将更具有现实意义。
现阶段,利用无机/有机复合技术制备导热凝胶是最简便的手段,主要策略包括构筑导热填料网络骨架、提高导热填料用量和增强聚合物/导热填料粘结强度。公开号为CN113185762A的中国发明专利利用膨胀石墨自发地沿一个方向定向排列而建立连续的热传导通路,从而实现低填料负载、各向异性的导热垫片。但是,其制备过程使用大量浓硫酸、过氧化氢、浓硫酸等有机溶剂,对环境污染严重。公开号为CN 112976438 A的中国发明专利利用特定填料镀镍碳纳米管在磁场作用下定向排列的特征,大大提升了热界面复合材料的纵向热导率,获得优异的导热性能(24.364W/(mK)),明显优于未取向的复合材料的导热性能(1.414W/(mK))。但是,制备工艺复杂、周期长、使用大量有机溶剂,一定程度限制了工业化生产;低封装压力下(有些小尺寸芯片的封装压力要求10psi以下)难以有效填充热源/散热器表面一些纳米量级缝隙,限制其界面传热效能。。提高导热填料用量和增强聚合物/导热填料粘结强度虽然可在一定程度上提高热界面材料的导热系数,但是,在高导热填料负载量下,其对导热性能的改善程度有限,而且将明显提高材料硬度,大幅牺牲材料的阻尼性能。所以,制备在宽频带和宽温域具有优异阻尼性能,且具有高导热性能的热界面材料的主要难题是如何平衡导热性能和阻尼功能。
综上,虽然许多研究者通过共混、共聚、互穿聚合物网络等多种方法在不同的橡胶体系来实现阻尼性能,但是鲜有高导热、高阻尼有机硅热界面材料的设计与研究报道。例如杨子征.阻尼导热A12O3、hBN填充硅橡胶复合材料.合肥工业大学.硕士,2019,以甲基乙烯基硅橡胶为基体、球形氧化铝和六方氮化硼为导热填料,杨子征等探索了硅橡胶复合材料的导热性能和阻尼性能。研究表明,所制备的硅橡胶复合材料在温度范围37℃~180℃具有优异的阻尼性能(tanδ>0.5)。但是其导热系数仍然处于比较低的水平,仅为2.51W/(m·K)。
发明内容
针对上述现有技术中存在的缺陷,本发明的目的在于设计提供一种宽频带宽温域高阻尼的导热凝胶及其制备方法和应用。根据Maxwell模型,从导热凝胶分子链结构的设计出发,本发明通过在有机硅体系中引入松弛模式不同于主链、对温度的依赖性较小的悬挂链结构,实现在宽频带(0.01Hz~>100Hz)、宽温域(-50℃~150℃)的优异的阻尼性能(tanδ>0.3),及高导热率(1.0-7W/mK),其作为有机硅热界面材料在新能源汽车、智能网联汽车、可穿戴设备具有巨大的应用潜力。
为了实现上述目的,本发明采用以下技术方案:
一种宽频带宽温域高阻尼的导热凝胶,其特征在于包括以下原料质量份数:侧链乙烯基硅油65~90,双端含氢硅油0~2,侧链含氢硅油0~2,单端含氢硅油10~30,催化剂0.1~1.0,抑制剂0.01~0.5;
还包括导热填料,导热填料与侧链乙烯基硅油、双端含氢硅油、侧链含氢硅油和单端含氢硅油之和的质量比为80~95:5~20;
所述单端含氢硅油的粘度为10-50mm2/S,含氢量为0.03%-0.2%。
所述的一种宽频带宽温域高阻尼的导热凝胶,其特征在于所述侧链乙烯基硅油的粘度为30-100mm2/S,乙烯基含量为0.1%-3.0%。
所述的一种宽频带宽温域高阻尼的导热凝胶,其特征在于所述双端含氢硅油的粘度为100-500mm2/S,含氢量为0.05%-1.2%。
所述的一种宽频带宽温域高阻尼的导热凝胶,其特征在于所述侧链含氢硅油的粘度为30-200mm2/S,含氢量为0.03-0.5%。
所述的一种宽频带宽温域高阻尼的导热凝胶,其特征在于所述抑制剂包括乙炔基环己醇,2-苯基-3-丁炔-2-醇、2-甲基-3-丁炔基-2-醇、3-甲基-1-乙炔基-3-醇、3,5-二甲基-1-乙炔基-3-醇、3-甲基-1-十二炔-3-醇中的一种或多种,所述催化剂包括氯铂酸、氯铂酸-异丙醇络合物、氯铂酸-二乙烯基四甲基二硅氧烷络合物中的一种或多种。
所述的一种宽频带宽温域高阻尼的导热凝胶,其特征在于所述导热填料包括氧化铝、铝、氧化锌、氢氧化铝、氢氧化镁中的一种或多种的混合物,所述导热填料的粒径为0.1-100μm。
任一所述的一种宽频带宽温域高阻尼的导热凝胶的制备方法,其特征在于包括以下步骤:
(1)称取侧链乙烯基硅油65~90质量份、单端含氢硅油10~30质量份、双端含氢硅油0~2质量份、侧链含氢硅油0~2质量份、导热填料、抑制剂0.01~0.5质量份双行星搅拌机共混;
(2)加入催化剂0.1~1.0质量份,继续搅拌,模压成型后加热处理,获得宽频宽温域高阻尼的导热凝胶。
所述的一种宽频带宽温域高阻尼的导热凝胶的制备方法,其特征在于所述步骤(1)中导热填料与侧链乙烯基硅油、双端含氢硅油、侧链含氢硅油和单端含氢硅油之和的质量比为80~95:5~20,双行星搅拌机共混的条件为:在真空度为-90.0kPa下,在30-150℃下真空搅拌0.5-2.0h,转速为50-100rpm。
所述的一种宽频带宽温域高阻尼的导热凝胶的制备方法,其特征在于所述步骤(2)中搅拌的时间为0.5~4h,所述加热处理的条件为:加热温度80~200℃,加热时间0.5~4h。
任一所述的导热凝胶在作为宽频带宽温域高阻尼热界面材料中的应用。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
(1)本发明利用Maxwell原理,在有机硅体系中引入松弛模式不同于主链、对温度的依赖性较小的悬挂链结构构筑了在宽频带和宽温域具有优异阻尼性能的有机硅导热凝胶。悬挂链提供不同于主链的多种松弛模式,实现导热凝胶在宽频带的优异阻尼性能;悬挂链松弛单元对温度的依赖性较小,拓宽导热凝胶在更低温度下的阻尼性能(即宽温域),主要原理如图1所示。
(2)本发明导热凝胶在0.01Hz到>100Hz的频率范围、-50℃到150℃的温度范围都表现为优异的阻尼功能(tanδ>0.3),且导热系数在1.0-7.0W/mK。所以该导热凝胶在新能源汽车、智能网联汽车(通常其振动频率范围为100-104,应用温度范围为-40℃-125℃)具有巨大的应用潜力。
(3)本发明导热凝胶通过将导热填料与聚合物混合脱泡即可加工制备,制备周期短、制备工艺简单,实用性强;不使用有机溶剂,有利于可持续发展,具有低成本、规模化生产的潜力。
附图说明
图1为宽频带宽温域高阻尼的导热凝胶设计原理图;
图2为单端含氢硅油(a)、双端含氢硅油(b)、侧链含氢硅油(c)、侧链乙烯基硅油(d)的化学结构式;
图3为本发明实施例1与对比例2所得产品的不同频率的损耗对比图;
图4为本发明实施例1不同温度的损耗对比图;
图5为实施例1所得的导热凝胶和对比例2所得的导热凝胶、无热界面材料情况的导热稳定性对比图;
图6为实施例1所得到的导热凝胶的点胶结果实物图。
具体实施方式
以下将结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例1:
(1)将粘度为50mm2/S、乙烯基含量0.2056%的侧链乙烯基硅油(22.1458g),粘度15mm2/S、含氢量0.2%的单端含氢硅油(1.3479g),粘度340mm2/S、含氢量0.02%的双端含氢硅油(0.4493g),粘度105mm2/S、含氢量0.1%的侧链含氢硅油(0.05691g),粒径为100μm的氧化铝(102.3g)、粒径50um的铝(102.3g)、粒径0.3微米的氧化锌(11.4g)、乙炔基环己醇(0.02g)加入2.0L的双行星搅拌机。在真空度为-90.0kPa下,以50rpm的速度,搅拌2.0h。
(2)然后加入氯铂酸-二乙烯基四甲基二硅氧烷络合物(0.05g)。
(3)在真空度-90.0kPa下,以100rpm的速度,继续搅拌2.0h,得到导热凝胶。
(4)将步骤(3)得到导热凝胶模压成型后,在150℃下加热2h,最后所得到的有机硅热界面材料按照需要裁出不同尺寸的样条。发明中所涉及的单端含氢硅油(a)、双端含氢硅油(b)、侧链含氢硅油(c)、侧链乙烯基硅油(d)的化学结构式如图2所示。
实施例2:
(1)将粘度为50mm2/S、乙烯基含量0.2056%的侧链乙烯基硅油(20.9914g),粘度20mm2/S、含氢量0.1176%的单端含氢硅油(2.5288g),粘度340mm2/S、含氢量0.02%的双端含氢硅油(0.4259g),粘度105mm2/S、含氢量0.1%的侧链含氢硅油(0.05395g),粒径为100μm的氧化铝(102.3g)、粒径50um的铝(102.3g)、粒径0.3微米的氧化锌(11.4g)、乙炔基环己醇(0.02g)加入2.0L的双行星搅拌机。在真空度为-90.0kPa下,以50rpm的速度,搅拌2.0h。
步骤2~4均与实施例1相同。
实施例3:
(1)将粘度为50mm2/S、乙烯基含量0.2056%的侧链乙烯基硅油(18.2929g),粘度50mm2/S、含氢量0.03%的单端含氢硅油(5.2889g),粘度340mm2/S、含氢量0.02%的双端含氢硅油(0.3712g),粘度105mm2/S、含氢量0.1%的侧链含氢硅油(0.04701g),粒径为100μm的氧化铝(102.3g)、粒径50um的铝(102.3g)、粒径0.3微米的氧化锌(11.4g)、乙炔基环己醇(0.02g)加入2.0L的双行星搅拌机。在真空度为-90.0kPa下,以50rpm的速度,搅拌2.0h。
步骤2~4均与实施例1相同。
实施例4:
除步骤1中粒径为100μm的氧化铝(102.3g)、粒径50um的铝(102.3g)、粒径0.3微米的氧化锌(11.4g)更换为80μm的氢氧化铝(102.3g)、粒径50um的氧化铝(102.3g)、粒径0.3微米的氧化锌(11.4g),其余均与实施例1相同。
实施例5:
(1)将粘度为50mm2/S、乙烯基含量0.2056%的侧链乙烯基硅油(16.2537g),粘度15mm2/S、含氢量0.2%的单端含氢硅油(0.5497g),粘度340mm2/S、含氢量0.02%的双端含氢硅油(3.2979g),粘度105mm2/S、含氢量0.1%的侧链含氢硅油(0.4177g),粒径为100μm的氧化铝(102.3g)、粒径50um的铝(102.3g)、粒径0.3微米的氧化锌(11.4g)、乙炔基环己醇(0.02g)加入2.0L的双行星搅拌机。在真空度为-90.0kPa下,以50rpm的速度,搅拌2.0h。
(2)然后加入氯铂酸-二乙烯基四甲基二硅氧烷络合物(0.05g)。
(3)在真空度-90.0kPa下,以100rpm的速度,继续搅拌2.0h,得到导热凝胶。
(4)将步骤(3)得到导热凝胶模压成型后,在150℃下加热2h,最后所得到的有机硅热界面材料按照需要裁出不同尺寸的样条。
对比例1:
(1)将粘度为50mm2/S、乙烯基含量0.2056%的侧链乙烯基硅油(22.7857g),粘度0.5mm2/S、含氢量0.004%的单端含氢硅油(0.6934g),粘度340mm2/S、含氢量0.02%的双端含氢硅油(0.4623g),粘度105mm2/S、含氢量0.1%的侧链含氢硅油(0.05856g),粒径为100μm的氧化铝(102.3g)、粒径50um的铝(102.3g)、粒径0.3微米的氧化锌(11.4g)、乙炔基环己醇(0.02g)加入2.0L的双行星搅拌机。在真空度为-90.0kPa下,以50rpm的速度,搅拌2.0h。
(2)然后加入氯铂酸-二乙烯基四甲基二硅氧烷络合物(0.05g)。
(3)在真空度-90.0kPa下,以100rpm的速度,继续搅拌2.0h,得到导热凝胶。
(4)将步骤(3)得到导热凝胶模压成型后,在150℃下加热2h,最后所得到的有机硅热界面材料按照需要裁出不同尺寸的样条。
对比例2:
(1)将粘度为50mm2/S、乙烯基含量0.2056%的侧链乙烯基硅油(14.988g),粘度70mm2/S、含氢量0.02%的单端含氢硅油(8.6693g),粘度340mm2/S、含氢量0.02%的双端含氢硅油(0.3041g),粘度105mm2/S、含氢量0.1%的侧链含氢硅油(0.03852g),粒径为100μm的氧化铝(102.3g)、粒径50um的铝(102.3g)、粒径0.3微米的氧化锌(11.4g)、乙炔基环己醇(0.02g)加入2.0L的双行星搅拌机。在真空度为-90.0kPa下,以50rpm的速度,搅拌2.0h。
步骤2~4均与实施例1相同。
对比例3:
(1)将粘度为50mm2/S、乙烯基含量0.2056%的侧链乙烯基硅油(18.3358g),粘度15mm2/S、含氢量0.2%的单端含氢硅油(0.4960g),粘度340mm2/S、含氢量0.02%的双端含氢硅油(4.4641g),粘度105mm2/S、含氢量0.1%的侧链含氢硅油(0.7041g),粒径为100μm的氧化铝(102.3g)、粒径50um的铝(102.3g)、粒径0.3微米的氧化锌(11.4g)、乙炔基环己醇(0.02g)加入2.0L的双行星搅拌机。在真空度为-90.0kPa下,以50rpm的速度,搅拌2.0h。
(2)然后加入氯铂酸-二乙烯基四甲基二硅氧烷络合物(0.05g)。
(3)在真空度-90.0kPa下,以100rpm的速度,继续搅拌2.0h,得到导热凝胶。
(4)将步骤(3)得到导热凝胶模压成型后,在150℃下加热2h,最后所得到的有机硅热界面材料按照需要裁出不同尺寸的样条。
对比例4:
(1)将粘度为50mm2/S、乙烯基含量0.2056%的侧链乙烯基硅油(22.4795g),粘度15mm2/S、含氢量0.2%的单端含氢硅油(1.5205g),粒径为100μm的氧化铝(102.3g)、粒径50um的铝(102.3g)、粒径0.3微米的氧化锌(11.4g)、乙炔基环己醇(0.02g)加入2.0L的双行星搅拌机。在真空度为-90.0kPa下,以50rpm的速度,搅拌2.0h。
(2)然后加入氯铂酸-二乙烯基四甲基二硅氧烷络合物(0.05g)。
(3)在真空度-90.0kPa下,以100rpm的速度,继续搅拌2.0h,得到导热凝胶。
(4)将步骤(3)得到导热凝胶模压成型后,在150℃下加热2h,最后所得到的有机硅热界面材料按照需要裁出不同尺寸的样条。
测试方法:
(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:分别将三种不同厚度的热界面复合材料放置于仪表棒之间,通过组件建立稳定的热流,测量得到热阻与厚度的关系,根据线形拟合得到热界面材料的导热系数。
(2)阻尼性能
采用奥地利安东帕MCR302型动态热机械分析仪研究样品在不同频率下的阻尼性能。测试条件及参数:温度为25℃,测试频率为0.01~100Hz,振幅为1%。
采用美国TA公司热机械分析仪DMA研究样品在不同温度下的阻尼性能。测试条件及参数:测试频率为3Hz,振幅为1%,温度为-50~150℃。
在导热填料填充的TIM体系中,通常难以兼顾优异的导热性能和阻尼性能,这主要是虽然导热填料增加了体系中聚合物与导热填料、导热填料与导热填料间的内摩擦作用,但过量的导热填料也将导致G’的提高,从而牺牲材料的阻尼性能。在以往研究中,通过构筑导热填料网络骨架和取向结构提高填充效率,从而实现低填料负载下的高热导率;也会一定程度改善体系的阻尼性能。但是,其制备工艺复杂、周期长,且制备使用大量有害的有机溶剂限制了工业化生产;在低封装压力下(有些小尺寸芯片的封装压力要求10psi以下),所制备的聚合物基TIM难以有效填充热源/散热器表面一些纳米量级缝隙,限制其界面传热效能。在本发明中,利用Maxwell原理,在有机硅体系中引入悬挂链结构,其提供不同于主链的、且对温度的依赖性较小的多种松弛模式,实现导热凝胶在宽频带、宽温域的优异阻尼性能。表1所示为实施例1~5、对比例1~4提供的导热凝胶阻尼系数tanδ>0.3的阻尼频率范围和阻尼温度范围。
对比实施例1、2、3和对比例2、1(无法成型)的阻尼性能(表1)可知,实施例1、2、3的阻尼频率范围和阻尼温度范围明显宽于对比例2,这是因为悬挂链结构的分子量将直接影响其松弛时间以及分子链间缠结能力,从而实现阻尼性能的调控。这种现象从图3和图4也可直观观察到。此外,所制备的导热凝胶(实施例1、2、3)表现出较高的导热系数(4.5W/m·K,如表1)。
表1实施例1~5、对比例1~4的导热系数与阻尼性能对比结果
总之,本发明所制备的导热凝胶在0.01Hz到>100Hz的频率范围、-50℃到150℃的温度范围都表现为优异的阻尼功能(tanδ>0.3),且导热系数在1.0-7.0W/mK。近年来,新能源汽车和智能网联汽车的迅速发展驱动着汽车电子元器件持续向着微缩型、高密度、高精度和高可靠性的方向演化。高集成度将导致芯片工作区域的热流密度急剧升高;且汽车在行驶过程中的振动颠簸、碰撞冲击、机械振动耦合现象加剧等(通常其振动频率范围为100-104,应用温度范围为-40℃-125℃)。所以,制备兼具高导热性能与阻尼功能的热界面材料极具现实意义。
为了验证其作为热界面材料在新能源汽车和智能网联汽车的潜在应用,我们搭建振动、温度等多物理场耦合环境的“导热性能-阻尼性能”联用测试平台,将实施例1所制备的导热凝胶与芯片、热沉结合,获取其在模拟环境下的温度数据(图5)。相较于未使用热界面材料和使用对比例2得到的导热凝胶的情况,检测得到的芯片表面温度明显降低,并且表现出稳定的散热能力。如图6所示,通过点胶测试表征了实施例1所得到的导热凝胶在热界面材料的通用加工设备上的可加工性。本发明所提供的制备方法简便有效、制备周期短;不使用有机溶剂,绿色环保,具有低成本、规模化生产的潜力。
申请人声明,本发明通过上述实施例来说明本发明提供的低迟滞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 (10)
1.一种宽频带宽温域高阻尼的导热凝胶,其特征在于包括以下原料质量份数:侧链乙烯基硅油65~90,双端含氢硅油0~2,侧链含氢硅油0~2,单端含氢硅油10~30,催化剂0.1~1.0,抑制剂0.01~0.5;
还包括导热填料,导热填料与侧链乙烯基硅油、双端含氢硅油、侧链含氢硅油和单端含氢硅油之和的质量比为80~95:5~20;
所述单端含氢硅油的粘度为10-50mm2/S,含氢量为0.03%-0.2%。
2.如权利要求1所述的一种宽频带宽温域高阻尼的导热凝胶,其特征在于所述侧链乙烯基硅油的粘度为30-100mm2/S,乙烯基含量为0.1%-3.0%。
3.如权利要求1所述的一种宽频带宽温域高阻尼的导热凝胶,其特征在于所述双端含氢硅油的粘度为100-500mm2/S,含氢量为0.05%-1.2%。
4.如权利要求1所述的一种宽频带宽温域高阻尼的导热凝胶,其特征在于所述侧链含氢硅油的粘度为30-200mm2/S,含氢量为0.03-0.5%。
5.如权利要求1所述的一种宽频带宽温域高阻尼的导热凝胶,其特征在于所述抑制剂包括乙炔基环己醇,2-苯基-3-丁炔-2-醇、2-甲基-3-丁炔基-2-醇、3-甲基-1-乙炔基-3-醇、3,5-二甲基-1-乙炔基-3-醇、3-甲基-1-十二炔-3-醇中的一种或多种,所述催化剂包括氯铂酸、氯铂酸-异丙醇络合物、氯铂酸-二乙烯基四甲基二硅氧烷络合物中的一种或多种。
6.如权利要求1所述的一种宽频带宽温域高阻尼的导热凝胶,其特征在于所述导热填料包括氧化铝、铝、氧化锌、氢氧化铝、氢氧化镁中的一种或多种的混合物,所述导热填料的粒径为0.1-100μm。
7.如权利要求1-6任一所述的一种宽频带宽温域高阻尼的导热凝胶的制备方法,其特征在于包括以下步骤:
(1)称取侧链乙烯基硅油65~90质量份、单端含氢硅油10~30质量份、双端含氢硅油0~2质量份、侧链含氢硅油0~2质量份、导热填料、抑制剂0.01~0.5质量份双行星搅拌机共混;
(2)加入催化剂0.1~1.0质量份,继续搅拌,模压成型后加热处理,获得宽频宽温域高阻尼的导热凝胶。
8.如权利要求6所述的一种宽频带宽温域高阻尼的导热凝胶的制备方法,其特征在于所述步骤(1)中导热填料与侧链乙烯基硅油、双端含氢硅油、侧链含氢硅油和单端含氢硅油之和的质量比为80~95:5~20,双行星搅拌机共混的条件为:在真空度为-90.0kPa下,在30-150℃下真空搅拌0.5-2.0h,转速为50-100rpm。
9.如权利要求6所述的一种宽频带宽温域高阻尼的导热凝胶的制备方法,其特征在于所述步骤(2)中搅拌的时间为0.5~4h,所述加热处理的条件为:加热温度80~200℃,加热时间0.5~4h。
10.如权利要求1-6任一所述的导热凝胶在作为宽频带宽温域高阻尼热界面材料中的应用。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202210170545.1A CN114479476A (zh) | 2022-02-23 | 2022-02-23 | 一种宽频带宽温域高阻尼的导热凝胶及其制备方法和应用 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202210170545.1A CN114479476A (zh) | 2022-02-23 | 2022-02-23 | 一种宽频带宽温域高阻尼的导热凝胶及其制备方法和应用 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN114479476A true CN114479476A (zh) | 2022-05-13 |
Family
ID=81484303
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202210170545.1A Pending CN114479476A (zh) | 2022-02-23 | 2022-02-23 | 一种宽频带宽温域高阻尼的导热凝胶及其制备方法和应用 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN114479476A (zh) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115627074A (zh) * | 2022-09-22 | 2023-01-20 | 深圳先进电子材料国际创新研究院 | 一种抗疲劳导热凝胶及其制备方法 |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1448674A2 (fr) * | 2001-11-20 | 2004-08-25 | Rhodia Chimie | RETICULANT POUR UNE COMPOSITION SILICONE RETICULABLE A BASSE TEMPERATURE A BASE D'UNE HUILE SILICONE HYDROGENEE COMPRENANT DES MOTIFS Si-H EN BOUT DE CHAINE ET DANS LA CHAINE |
CN104212185A (zh) * | 2014-09-10 | 2014-12-17 | 杭州赢科新材料科技有限公司 | 一种稳定不渗油型电子元器件用透明硅凝胶 |
JP2017005166A (ja) * | 2015-06-12 | 2017-01-05 | 信越化学工業株式会社 | 放熱パテシート |
CN109439272A (zh) * | 2018-12-28 | 2019-03-08 | 中天东方氟硅材料有限公司 | 电动汽车用双组份导热阻燃有机硅灌封胶组合物及其灌封胶和制备方法 |
CN112143239A (zh) * | 2020-10-14 | 2020-12-29 | 深圳市飞荣达科技股份有限公司 | 一种宽频导热吸波垫片及其制备方法 |
CN112500705A (zh) * | 2020-11-16 | 2021-03-16 | 深圳德邦界面材料有限公司 | 一种低粘度低模量高导热单组份凝胶及其制备方法 |
CN113527893A (zh) * | 2021-08-13 | 2021-10-22 | 深圳先进电子材料国际创新研究院 | 一种高迟滞热界面材料及其制备方法和应用 |
-
2022
- 2022-02-23 CN CN202210170545.1A patent/CN114479476A/zh active Pending
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1448674A2 (fr) * | 2001-11-20 | 2004-08-25 | Rhodia Chimie | RETICULANT POUR UNE COMPOSITION SILICONE RETICULABLE A BASSE TEMPERATURE A BASE D'UNE HUILE SILICONE HYDROGENEE COMPRENANT DES MOTIFS Si-H EN BOUT DE CHAINE ET DANS LA CHAINE |
CN104212185A (zh) * | 2014-09-10 | 2014-12-17 | 杭州赢科新材料科技有限公司 | 一种稳定不渗油型电子元器件用透明硅凝胶 |
JP2017005166A (ja) * | 2015-06-12 | 2017-01-05 | 信越化学工業株式会社 | 放熱パテシート |
CN109439272A (zh) * | 2018-12-28 | 2019-03-08 | 中天东方氟硅材料有限公司 | 电动汽车用双组份导热阻燃有机硅灌封胶组合物及其灌封胶和制备方法 |
CN112143239A (zh) * | 2020-10-14 | 2020-12-29 | 深圳市飞荣达科技股份有限公司 | 一种宽频导热吸波垫片及其制备方法 |
CN112500705A (zh) * | 2020-11-16 | 2021-03-16 | 深圳德邦界面材料有限公司 | 一种低粘度低模量高导热单组份凝胶及其制备方法 |
CN113527893A (zh) * | 2021-08-13 | 2021-10-22 | 深圳先进电子材料国际创新研究院 | 一种高迟滞热界面材料及其制备方法和应用 |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115627074A (zh) * | 2022-09-22 | 2023-01-20 | 深圳先进电子材料国际创新研究院 | 一种抗疲劳导热凝胶及其制备方法 |
CN115627074B (zh) * | 2022-09-22 | 2024-04-19 | 深圳先进电子材料国际创新研究院 | 一种抗疲劳导热凝胶及其制备方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN110951254A (zh) | 氮化硼复合高导热绝缘高分子复合材料及其制备方法 | |
CN110922719A (zh) | 高导热氮化硼/环氧树脂复合材料及其制备方法与应用 | |
CN110128792A (zh) | 一种热界面复合材料及其制备方法和应用 | |
CN112812740B (zh) | 一种双组份高导热自流平灌封胶及其制备方法与应用 | |
CN110734644A (zh) | 一种导热绝缘氮化硼高分子复合材料及制备方法 | |
CN113150544B (zh) | 一种定向排列氮化硼@聚多巴胺@银杂化纳米片柔性热界面材料及其制备方法 | |
CN110408083A (zh) | 一种以细菌纤维素为基体的高导热复合材料及其制备方法 | |
CN114479476A (zh) | 一种宽频带宽温域高阻尼的导热凝胶及其制备方法和应用 | |
Li et al. | Liquid bridge: liquid metal bridging spherical BN largely enhances the thermal conductivity and mechanical properties of thermal interface materials | |
CN112111153B (zh) | 定向导热材料及其制备方法和应用 | |
CN108690324A (zh) | 一种高导热环氧树脂基氧化铝-氮化硼微纳米复合绝缘材料 | |
CN112250996A (zh) | 一种微纳米环氧树脂电子封装材料及其制备方法和应用 | |
CN114481355A (zh) | 一种基于六方氮化硼制备导热绝缘膜的方法 | |
CN115073067A (zh) | 一种高导热材料及其制备方法 | |
CN114163818A (zh) | 一种兼具高导热和阻尼功能的导热凝胶及其制备方法和应用 | |
Meng et al. | Investigation on preparation, thermal, and mechanical properties of carbon fiber decorated with hexagonal boron nitride/silicone rubber composites for battery thermal management | |
Weng et al. | Improved thermal conductivities of epoxy resins containing surface functionalized BN nanosheets | |
Ji et al. | Understanding the thermal impedance of silicone rubber/hexagonal boron nitride composites as thermal interface materials | |
CN109575595A (zh) | 一种聚醚酰亚胺/钛酸钡/石墨烯介电复合材料的制备方法 | |
CN116606605A (zh) | 一种高导热绝缘胶带及其制备方法 | |
CN110498937A (zh) | 一种网状蜘蛛丝填充水凝胶的高导热绝缘弹性体热界面材料及其制备方法 | |
Du et al. | Efficient preparation of polydimethylsiloxane-based phase change composites by forced network assembly with outstanding thermal management capability | |
CN105733270A (zh) | 一种高抗撕裂性高导热高分子界面材料及制备方法 | |
Zhang et al. | Effects of in situ modification of aluminum fillers on the rheological properties and thermal resistance of gel thermal interface materials | |
CN114350110A (zh) | 纳米级填料和液体橡胶共改性环氧复合材料及其制备方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20220513 |