CN114854208A - 一种导热硅胶垫片复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于导热材料领域，具体涉及一种导热硅胶垫片复合材料及其制备方法。本发明通过在制备导热材料的过程中加入氧化铝、氢氧化铝等，以及通过硅烷偶联剂的表面处理，使得氧化铝、氢氧化铝等在高加载量下形成了导热网络的有效团聚，而这些团聚并没有像其他不规则形状材料那样析出而是利用氧化铝、氢氧化铝的类球形结构特点构成相互支撑的框架结构以及不同粒径的导热填料的有效填充，从而实现导热系数的大幅度提高，同时导热填料在基体中容易相互连接、形成导热网络，具有更小的接触热阻；同时采用玻纤附加以及底涂附加，增强导热垫片的本体强度以及耐磨强度。
Description
技术领域
本发明属于导热材料领域，具体涉及一种导热硅胶垫片复合材料及其制备方法。
背景技术
在新能车领域中，负责提供汽车动力的主要部件就是电池，现以特斯拉为代表的新能源汽车中，圆柱电芯逐渐形成主流。而对于圆柱电芯的散热方式，一般采用蛇形液冷板，而圆柱电芯与液冷板都是刚性材料，中间需要一种软性材料来进行连接，一方面避免因汽车在行驶过程中由于震动而撞坏电芯或冷板，另一方面刚性材料表面凹凸不平，需要用软性材料将微观的空气赶走，提高导热效率。由于新能源汽车生产需要最大程度的实现自动化，在装配电池模组时，完全采用机械手进行自动装配，这样就要求连接蛇形水冷板与电芯之间的软性材料必须具有一定的柔韧性，延展性，以及高强度，高导热性能。传统导热硅胶垫片，本体强度太弱，无法应对自动装配时的高速冲击；采用玻纤进行加强材料的导热硅胶垫片，在贴敷波纹管时，表面会产生搓泥现象，导致产品性能下降；采用矽胶布附加导热硅胶垫片，矽胶布本体抗撕裂强度太差，在自动装配过程中，容易被电池划破；采用PI进行附加导热材料，在贴敷波纹管时，容易在波纹管的端部形成严重的褶皱情况，严重影响导热效率。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种高柔性、高强度、高导热的复合型硅胶材料，及其制备方法。该导热材料可将轻柔、高延展性、高强度、高导热系数几大优势结合在一起，实现对冷板的紧密贴合，同时能够接受自动装配时的高强度冲击，又能极大的提升导热效率，有效的解决了圆柱电芯与液冷板之间的“软着陆”问题。
本发明提供一种导热硅胶垫片复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)按重量份计，将15-25份乙烯基硅油、0.3-0.8份交联剂、0.1-1.5份硅烷偶联剂、0.01-0.05份抑制剂、0.1-0.5份催化剂和50-80份导热填料真空混合，得到导热垫片主体；
同时，按重量份计，将30-50份乙烯基硅树脂、40-60份乙烯基硅油、0.01-0.05份抑制剂、0.4-2份增粘剂、2-6份交联剂、0.01-0.5份消泡剂和0.1-0.5份催化剂真空混合，得到底涂加强材料；
(2)将所述底涂加强材料、玻纤布和导热垫片主体依次固定后进行压延和烘烤，得到所述导热硅胶垫片复合材料。
优选的，所述导热填料为氧化铝、氢氧化铝、氧化镁、氧化锌、氧化铅和四氧化三铅中的一种或多种。
进一步地，所述氧化铝和氢氧化铝均为类球形结构的粉体，粒径为10-30μm。
优选的，所述催化剂为铂金催化剂。
进一步地，所述铂金催化剂选购自广州市矽友新材料科技有限公司PT-2500DZ。
优选的，所述交联剂选自端含氢硅油、侧含氢硅油和端侧含氢硅油中的一种或多种；所述玻纤布为横向、纵向进行加密编织，厚度为50-150μm。
由于氧化铝表面缺少活性基团，因此与树脂体系存在相容性问题，本发明通过用硅烷偶联剂各组分间的官能团的性质对氧化铝进行处理，大大改善了体系各组分的相容性，提升了树脂材料的导热性能。
优选的，所述乙烯基硅油包括低粘度乙烯基硅油和/或高粘度乙烯基硅油。
进一步地，所述乙烯基硅油为常规乙烯基硅油，粘度为400-600cps，购买自山东大易化工。
优选的，所述步骤(1)中，混合的时间均为20-40min。
优选的，所述步骤(1)中，所述硅烷偶联剂均选自十二烷基三乙氧基硅烷、十六烷基三甲氧基硅烷和正癸基三乙氧基硅烷中的一种或多种。
优选的，所述硅烷偶联剂为十六烷基三甲氧基硅烷。
优选的，所述底涂加强材料的厚度为50-60μm。
优选的，所述步骤(2)中，烘烤的温度为60-120℃。
优选的，所述步骤(2)中，烘烤的时间为15-30min。
本发明还提供一种上述制备方法制备得到的导热硅胶垫片复合材料。
本发明的技术方案相比现有技术具有以下优点：
1.相比于纯导热垫片，本体强度得到极大提升；
2.相比于玻纤附加导热垫片，解决搓泥现象；
3.对比于矽胶布附加导热垫片，导热系数、撕裂强度有大幅度提升；
4.相比于PI附加导热垫片，对于贴敷蛇形水冷板有极大提升。
本发明通过在制备导热材料的过程中加入氧化铝、氢氧化铝等，以及通过硅烷偶联剂的表面处理，使得氧化铝、氢氧化铝等在高加载量下形成了导热网络的有效团聚，而这些团聚并没有像其他不规则形状材料那样析出而是利用氧化铝、氢氧化铝的类球形结构特点构成相互支撑的框架结构以及不同粒径的导热填料的有效填充，从而实现导热系数的大幅度提高，同时导热填料在基体中容易相互连接、形成导热网络，具有更小的接触热阻；同时采用玻纤附加以及底涂附加，增强导热垫片的本体强度以及耐磨强度。
附图说明
图1为附加玻纤材料的表面耐磨性能的效果图；
图2为实施例1制备得到的底涂、导热硅胶和玻纤复合材料的表面耐磨性能的效果图；
图3为聚酰亚胺(PI)附加导热材料与底涂、导热硅胶玻纤复合材料与蛇形冷板贴合的对比效果图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
实施例1
将20g粘度为500cps的乙烯基硅油、0.5g交联剂、1g十六烷基三甲氧基硅烷、0.03g抑制剂、0.3g铂金催化剂和65g粒径为20μm的氧化铝和氢氧化铝真空混合30min，得到导热垫片主体；
同时，将40g乙烯基硅树脂、50g粘度为500cps的乙烯基硅油、0.03g抑制剂、1g增粘剂、4g交联剂、0.1g消泡剂和0.3g铂金催化剂真空混合30min，得到底涂加强材料。
刮涂55μm厚度的底涂加强材料，然后附加厚度为100μm玻纤布，再将导热垫片主体倾倒于附加了玻纤布的底涂层，过压延辊，制成目标所需的厚度，再经过隧道炉100℃烘烤20min，即成型。
实施例2
将20g粘度为400cps的乙烯基硅油、0.5g交联剂、1.5g十二烷基三乙氧基硅烷、0.03g抑制剂、0.4g铂金催化剂和70g粒径为30μm的氧化铅和四氧化三铅真空混合40min，得到导热垫片主体；
同时，将30g乙烯基硅树脂、60g粘度为400cps的乙烯基硅油、0.04g抑制剂、1.5g增粘剂、6g交联剂、0.4g消泡剂和0.4g铂金催化剂真空混合20min，得到底涂加强材料。
刮涂50μm厚度的底涂加强材料，然后附加厚度为100μm玻纤布，再将导热垫片主体倾倒于附加了玻纤布的底涂层，过压延辊，制成目标所需的厚度，再经过隧道炉100℃烘烤20min，即成型。
实施例3
将25g粘度为500cps的乙烯基硅油、0.3g交联剂、0.1g正癸基三乙氧基硅烷、0.04g抑制剂、0.5g铂金催化剂和80g氧化镁、氧化锌和四氧化三铅真空混合40min，得到导热垫片主体；
同时，将50g乙烯基硅树脂、40g粘度为400cps的乙烯基硅油、0.01g抑制剂、0.4g增粘剂、3g交联剂、0.02g消泡剂和0.1g铂金催化剂真空混合40min，得到底涂加强材料。
刮涂55μm厚度的底涂加强材料，然后附加厚度为150μm玻纤布，再将导热垫片主体倾倒于附加了玻纤布的底涂层，过压延辊，制成目标所需的厚度，再经过隧道炉120℃烘烤15min，即成型。
实施例4
将15g粘度为600cps的乙烯基硅油、0.3g交联剂、0.3g十二烷基三乙氧基硅烷、0.04g抑制剂、0.5g铂金催化剂和50g粒径为10μm的氧化铝和氢氧化铝真空混合20min，得到导热垫片主体；
同时，将30g乙烯基硅树脂、40g粘度为500cps的乙烯基硅油、0.02g抑制剂、1.2g增粘剂、5g交联剂、0.35g消泡剂和0.4g铂金催化剂真空混合35min，得到底涂加强材料。
刮涂50μm厚度的底涂加强材料，然后附加厚度为150μm玻纤布，再将导热垫片主体倾倒于附加了玻纤布的底涂层，过压延辊，制成目标所需的厚度，再经过隧道炉60℃烘烤30min，即成型。
实施例5
将22g粘度为520cps的乙烯基硅油、0.6g交联剂、1.1g十二烷基三乙氧基硅烷、0.03g抑制剂、0.2g铂金催化剂和65g氧化镁真空混合35min，得到导热垫片主体；
同时，将35g乙烯基硅树脂、44g粘度为540cps的乙烯基硅油、0.03g抑制剂、1.5g增粘剂、5g交联剂、0.4g消泡剂和0.2g铂金催化剂真空混合30min，得到底涂加强材料。
刮涂58μm厚度的底涂加强材料，然后附加厚度为79μm玻纤布，再将导热垫片主体倾倒于附加了玻纤布的底涂层，过压延辊，制成目标所需的厚度，再经过隧道炉80℃烘烤17min，即成型。
效果评价1
表1不同导热材料的性能对比
附图来看，单纯附加玻纤材料，表面搓泥现象严重，而PI附加导热材料的褶皱严重，会影响材料本身导热性能。
针对这一问题，本发明提供一种改良的导热硅胶复合材料。通过在玻纤一侧刮涂一层薄薄的底涂，然后利用该底涂层作为玻纤与外表面的缓冲层，从而实现产品表面光滑，无搓泥，如图2所示；该方案解决了在贴敷导热垫片时，因摩擦而导致的表面搓泥现象，完美解决了由于手动操作而引起的不良现象；实施例1制备得到的底涂+导热硅胶+玻纤复合材料的结构规整，无明显瑕疵。
同时，由表1数据可知，本发明在拉伸强度及撕裂强度上比单独附加玻纤布，以及夕胶布的产品都有较大幅度增强。而相比于PI附加复合材料，略为降低，但在导热性能方面有很大提升，因此从综合数据来看，本发明材料的优势较为明显。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种导热硅胶垫片复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)按重量份计，将15-25份乙烯基硅油、0.3-0.8份交联剂、0.1-1.5份硅烷偶联剂、0.01-0.05份抑制剂、0.1-0.5份催化剂和50-80份导热填料混合，得到导热垫片主体；
同时，按重量份计，将30-50份乙烯基硅树脂、40-60份乙烯基硅油、0.01-0.05份抑制剂、0.4-2份增粘剂、2-6份交联剂、0.01-0.5份消泡剂和0.1-0.5份催化剂混合，得到底涂加强材料；
(2)将所述底涂加强材料、玻纤布和导热垫片主体依次固定后进行压延和烘烤，得到所述导热硅胶垫片复合材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述导热填料为氧化铝、氢氧化铝、氧化镁、氧化锌、氧化铅和四氧化三铅中的一种或多种。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述氧化铝和氢氧化铝均为类球形结构的粉体，粒径为10-30μm。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述催化剂为铂金催化剂。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述硅烷偶联剂均选自十二烷基三乙氧基硅烷、十六烷基三甲氧基硅烷和正癸基三乙氧基硅烷中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述底涂加强材料的厚度为50-60μm。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，烘烤的温度为60-120℃，时间为15-30min。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述所述玻纤布的厚度为50-150μm。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述交联剂选自端含氢硅油、侧含氢硅油和端侧含氢硅油中的一种或多种。
10.一种如权利要求1-9中任一项所述的制备方法制备得到的导热硅胶垫片复合材料。
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