CN115558293A - 一种导热硅脂组合物及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种导热硅脂组合物及其制备方法和应用，所述导热硅脂组合物以重量份数计包括导热填料30‑99份、有机聚硅氧烷1‑30份、表面处理剂1‑15份、耐热剂0.5‑5份、润湿剂0.5‑8份、增滑剂1‑10份和热阻填料1‑10份。本发明提供的导热硅脂组合物热阻低，导热率高，稳定性高。

Description

一种导热硅脂组合物及其应用

技术领域

本发明属于界面导热领域，具体涉及一种导热硅脂组合物及其应用，尤其涉及一种热阻低的导热硅脂组合物及其应用。

背景技术

空气是热的不良导体，会严重阻碍接触界面的热量传递，看似微细的空隙足以令散热设施形同虚设。而热界面材料例如硅脂等可以很好地填充接触面的空隙，降低接触热阻，提高传热效率。

硅脂广泛用于各种导热场景，如LED、ECU控制器、CPU和功放管，同时也适用于电子元器件的热传递，如晶体管镇流器、热传感器等。导热硅脂广泛涂覆于各种电子产品、电器设备中的发热体(功率管、可控硅电热堆等)于散热设施(散热片、散热条、壳体等)之间的接触界面，起传热媒介作用和防潮、防尘、防腐蚀、防震等性能。不同于传统灯具，对LED照明产品而言，热量无疑是其面临的重要难题之一。LED设备的热量管理对其可靠性、光输出质量、寿命以及设备的系统运行成本具有直接影响。有效热传导不仅是延长LED产品寿命的必要条件之一，还能保证LED产灯和照明装置的输出光通量及颜色，在使用过程中维持稳定。此外，对于高温高强度应用领域中与传统照明设备一争高下的LED照明而言，热量管理是重要的性能指标之一，其在整个LED价值链中的重要性正在日益突出。

CN111019351B公开了一种大功率LED散热用导热硅脂，包括硅油、导热填料和添加物，导热填料包括三种粒径的氧化铝，粒径分别为15.1-30μm，5.1-15μm，1-5μm，重量比为6:3:1。通过将体积平均粒径大小不同的同种填料、不同形态的同种填料进行复配、混杂填充，以使填料形成一种紧密堆积结构，使体系具有相对较高的热导率。

CN101864279A公开了一种用于LED与散热装置间的饱和式超细填充剂，用于加强LED与散热装置之间的热传导，运用超细硅粉与3K/W的硅脂充份混合搅拌，形成密度为每立方厘米10克的浆糊状填充剂，涂覆于LED与散热装置之间，增强了热传导，解决了LED散热器散热速度问题。该发明从废弃物中回收硅物质，节约能源；利用超细硅粉作填充剂，增强导热，工艺先进；保证了LED长寿命、低光衰。

由于硅脂能够有效提高LED产品的热传导效果，因此，如何提供一种热阻低，导热率高的硅脂，成为了亟待解决的问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种导热硅脂组合物及其应用，尤其提供一种热阻低的导热硅脂组合物及其应用。本发明提供的导热硅脂组合物热阻低，导热率高，稳定性高。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种导热硅脂组合物，所述导热硅脂组合物以重量份数计包括导热填料30-99份、有机聚硅氧烷1-30份、表面处理剂1-15份、耐热剂0.5-5份、润湿剂0.5-8份、增滑剂1-10份和热阻填料1-10份。

其中，导热填料的份数可以是30份、40份、50份、60份、70份、80份、90份或99份等，有机聚硅氧烷的份数可以是1份、5份、10份、15份、20份、25份或30份等，表面处理剂的份数可以是1份、3份、5份、7份、9份、11份、13份或15份等，耐热剂的份数可以是0.5份、1份、1.5份、2份、2.5份、3份、3.5份、4份、4.5份或5份等，润湿剂的份数可以是0.5份、1份、2份、3份、4份、5份、6份、7份或8份等，热阻填料的份数可以是1份、2份、3份、4份、5份、6份、7份、8份、9份或10份等，但不限于以上所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。

本发明通过采用特定的原料，使得产品具有热阻低、导热率高的效果，同时产品稳定，油离率低，在高温环境下也能保持产品形态无明显变化，也不出现裂纹，热稳定性高。

优选地，所述导热填料包括氧化镁、氧化铝、烷基改性氧化锌、铝粉、银粉、铜粉、锌粉、单质硅微粉、炭黑、石墨、金刚石、碳纳米管、碳纤维、氮化铝、氮化硼、氮化钛、氮化硅或碳化硅中任意一种或至少两种的组合，例如氧化铝和氧化镁的组合、氧化铝和铝粉的组合或铜粉和银粉的组合等，但不限于以上所列举的组合，上述组合范围内其他未列举的组合同样适用，优选氧化铝、氮化硼和氮化铝的组合。

上述特定导热填料能够有效提高产品的导热率；并通过选择特定导热填料组合，配合产品其他组分，能够进一步提高产品的导热率。

优选地，所述氧化铝为球形氧化铝。

优选地，所述有机聚硅氧烷包括二甲基硅油、甲基硅油、甲基苯基硅油、苯基硅油、乙烯基硅油、氟烃基硅油、烷氧基硅油、烷基甲基硅氧烷聚合物、长链烷基甲基硅氧烷-二甲基硅氧烷聚合物、二环戊基硅氧烷均聚物、氰丙基甲基硅氧烷-二甲基硅氧烷共聚物或乙基封端聚二甲基硅氧烷中任意一种或至少两种的组合。

优选地，所述有机聚硅氧烷包括二甲基硅油、甲基硅油、苯基硅油、甲基甲苯硅油、乙烯基硅油或氟烃基硅油中任意一种或至少两种的组合，例如二甲基硅油和甲基硅油的组合、甲基硅油和苯基硅油的组合或苯基硅油和甲基甲苯硅油的组合等，但不限于以上所列举的组合，上述组合范围内其他未列举的组合同样适用，优选甲基硅油和/或苯基硅油。

优选地，所述表面处理剂包括六甲基二硅氮烷、十八烷基二甲氧基硅烷、正癸基三甲氧基硅烷、N-三甲氧基硅烷丙基-N,N,N-三正丁基氯化铵或双(三甲氧基硅基)己烷中任意一种或至少两种的组合，例如六甲基二硅氮烷和十八烷基二甲氧基硅烷的组合、十八烷基二甲氧基硅烷和正癸基三甲氧基硅烷的组合或正癸基三甲氧基硅烷和N-三甲氧基硅烷丙基-N,N,N-三正丁基氯化铵的组合等，但不限于以上所列举的组合，上述组合范围内其他未列举的组合同样适用，优选正癸基三甲氧基硅烷和N-三甲氧基硅烷丙基-N,N,N-三正丁基氯化铵的组合。

上述特定表面处理剂能够有效降低产品的油离率，提高产品的抗垂流性，提高产品的稳定性；同时采用特定的表面处理剂组合，进一步提高了产品的效果。

优选地，所述耐热剂选自氧化铈、氧化镨或氧化钕中任意一种或至少两种的组合，例如氧化镨和氧化铈的组合、氧化镨和氧化钕的组合或氧化铈和氧化钕的组合等，但不限于以上所列举的组合，上述组合范围内其他未列举的组合同样适用，优选氧化镨和氧化铈的组合。

上述特定耐热剂能够有效提高产品的热稳定性，防止产品在高温环境下长期使用后出现变稠变硬、粉化、裂纹等现象；同时采用特定的耐热剂组合进一步提高了产品的效果。

优选地，所述润湿剂包括石油醚、正丁醇、异丙醇或二乙二醇单乙醚醋酸酯中任意一种或至少两种的组合，例如石油醚和正丁醇的组合、正丁醇和异丙醇的组合或异丙醇和二乙二醇单乙醚醋酸酯的组合等，但不限于以上所列举的组合，上述组合范围内其他未列举的组合同样适用。

优选地，所述增滑剂包括氧化锌。

优选地，所述热阻填料包括二氧化钛。

优选地，所述导热硅脂组合物以重量份数计还包括色浆1-15份，例如1份、3份、5份、7份、9份、11份、13份或15份等，但不限于以上所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用，所述色浆包括黑色浆和/或灰色浆。

第二方面，本发明提供了如上所述的导热硅脂组合物的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

将导热填料热处理后，与有机聚硅氧烷混合，之后与表面处理剂、耐热剂、增滑剂和热阻填料混合减压升温，之后与润湿剂混合得到所述导热硅脂组合物。

优选地，所述与表面处理剂、耐热剂、增滑剂和热阻填料混合减压升温还包括与色浆混合。

第三方面，本发明还提供了如上所述的导热硅脂组合物在制备界面导热材料中的应用。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明提供了一种导热硅脂组合物，通过采用特定的原料，使得产品具有热阻低、导热率高的效果，同时产品稳定，油离率低，在高温环境下也能保持产品形态无明显变化，也不出现裂纹，热稳定性高；采用特定导热填料能够有效提高产品的导热率，特定表面处理剂能够有效降低产品的油离率，提高产品的抗垂流性，提高产品的稳定性；特定耐热剂能够有效提高产品的热稳定性，防止产品在高温环境下长期使用后出现变稠变硬、粉化、裂纹等现象；同时采用特定的原料组合进一步提高了产品的效果。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明所采取的技术手段及其效果，以下结合本发明的优选实施例来进一步说明本发明的技术方案，但本发明并非局限在实施例范围内。

实施例1

本实施例提供了一种导热硅脂组合物，制备原料(以重量份数计)如下：

球形氧化铝20份、氮化硼20份、氮化铝20份、甲基硅油15份、正癸基三甲氧基硅烷15份、N-三甲氧基硅烷丙基-N,N,N-三正丁基氯化铵15份、氧化镨1份、氧化铈2份、石油醚4份、氧化锌5份、纳米二氧化钛5份、黑色浆7份。

制备方法如下：

将球形氧化铝、氮化硼、氮化铝热处理，之后与甲基硅油投入捏合机在60～120℃捏合1小时，之后加入正癸基三甲氧基硅烷、N-三甲氧基硅烷丙基-N,N,N-三正丁基氯化铵、氧化镨、氧化铈、氧化锌、纳米二氧化钛、黑色浆捏合均匀，之后在以-0.1MPa、100℃减压1小时，最后加入石油醚，三辊研磨后得到所述导热硅脂组合物。

实施例2

本实施例提供了一种导热硅脂组合物，制备原料(以重量份数计)如下：

球形氧化铝10份、氮化硼10份、氮化铝10份、苯基硅油1份、正癸基三甲氧基硅烷0.5份、N-三甲氧基硅烷丙基-N,N,N-三正丁基氯化铵0.5份、氧化镨0.2份、氧化铈0.3份、石油醚0.5份、氧化锌1份、纳米二氧化钛1份、灰色浆1份。

制备方法参考实施例1。

实施例3

本实施例提供了一种导热硅脂组合物，制备原料(以重量份数计)如下：

球形氧化铝30份、氮化硼30份、氮化铝39份、二甲基硅油30份、正癸基三甲氧基硅烷7份、N-三甲氧基硅烷丙基-N,N,N-三正丁基氯化铵8份、氧化镨2份、氧化铈3份、正丁醇8份、氧化锌10份、纳米二氧化钛10份。

制备方法参考实施例1。

实施例4

本实施例提供了一种导热硅脂组合物，制备原料中除不包含球形氧化铝、减少部分按比例分配给氮化硼和氮化铝外，其余与实施例1一致。

实施例5

本实施例提供了一种导热硅脂组合物，制备原料中除不包含氮化硼、减少部分按比例分配给球形氧化铝和氮化铝外，其余与实施例1一致。

实施例6

本实施例提供了一种导热硅脂组合物，制备原料中除不包含氮化铝、减少部分按比例分配给氮化硼和球形氧化铝外，其余与实施例1一致。

实施例7

本实施例提供了一种导热硅脂组合物，制备原料中除将球形氧化铝、氮化硼、氮化铝替换为总量等量的氧化镁外，其余与实施例1一致。

实施例8

本实施例提供了一种导热硅脂组合物，制备原料中除不包含氧化镨、减少部分分配给氧化铈外，其余与实施例1一致。

实施例9

本实施例提供了一种导热硅脂组合物，制备原料中除不包含氧化铈、减少部分分配给氧化镨外，其余与实施例1一致。

实施例10

本实施例提供了一种导热硅脂组合物，制备原料中除将氧化镨和氧化铈替换为总量等量的氧化钕外，其余与实施例1一致。

实施例11

本实施例提供了一种导热硅脂组合物，制备原料中除不包含正癸基三甲氧基硅烷、减少部分分配给N-三甲氧基硅烷丙基-N,N,N-三正丁基氯化铵外，其余与实施例1一致。

实施例12

本实施例提供了一种导热硅脂组合物，制备原料中除不包含N-三甲氧基硅烷丙基-N,N,N-三正丁基氯化铵、减少部分分配给正癸基三甲氧基硅烷外，其余与实施例1一致。

实施例13

本实施例提供了一种导热硅脂组合物，制备原料中除将正癸基三甲氧基硅烷和N-三甲氧基硅烷丙基-N,N,N-三正丁基氯化铵替换为总量等量的六甲基二硅氮烷外，其余与实施例1一致。

性能测试：

对实施例1-13提供的导热硅脂组合物进行测试，结果如下：

表1

表2

表3

其中高温稳定性测试方法为：将导热硅脂组合物刮涂成1mm厚、长宽各5cm的导热硅脂层，之后在250℃下烘烤1000h，观察硅脂情况；

垂流测试方法为：在铝板水平放置直径2cm、高1.2cm的小铁桶，里面填满导热硅脂组合物，后取开铁桶，形成直径2cm、高1.2cm的导热硅脂圆柱块粘附在铝板上，然后将铝板垂直放置烘箱中在150℃下烘烤1000h，观察硅脂情况；

表面裂纹测试方法为：将导热硅脂组合物刮涂成1mm厚、长宽各5cm的导热硅脂层，之后在150℃下烘烤1000h，观察硅脂情况.

以上数据表明，本发明提供的导热硅脂组合物通过各组分相互配合，具有热阻低、导热率高、稳定性高的优点；比较实施例1和实施例4-7可以发现，本发明通过采用特定的导热填料，配合其他成分能够进一步提高产品的导热率；比较实施例1、8-10可以发现，本发明通过采用特定的耐热剂组合，配合其他成分能够进一步提高了产品的热稳定性，防止产品在高温环境下长期使用后出现变稠变硬、粉化、裂纹等现象；比较实施例1、11-13可以发现，本发明通过采用特定的表面处理剂组合，配合其他成分能够进一步降低油离率，提高产品的抗垂流性，提高了产品的稳定性。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的导热硅脂组合物及其制备方法和应用，但本发明并不局限于上述实施例，即不意味着本发明必须依赖上述实施例才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各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。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

Claims (10)

1.一种导热硅脂组合物，其特征在于，所述导热硅脂组合物以重量份数计包括导热填料30-99份、有机聚硅氧烷1-30份、表面处理剂1-15份、耐热剂0.5-5份、润湿剂0.5-8份、增滑剂1-10份和热阻填料1-10份。

2.根据权利要求1所述的导热硅脂组合物，其特征在于，所述导热填料包括氧化镁、氧化铝、烷基改性氧化锌、铝粉、银粉、铜粉、锌粉、单质硅微粉、炭黑、石墨、金刚石、碳纳米管、碳纤维、氮化铝、氮化硼、氮化钛、氮化硅或碳化硅中任意一种或至少两种的组合，优选氧化铝、氮化硼和氮化铝的组合；

优选地，所述氧化铝为球形氧化铝。

3.根据权利要求1或2所述的导热硅脂组合物，其特征在于，所述有机聚硅氧烷包括二甲基硅油、甲基硅油、甲基苯基硅油、苯基硅油、乙烯基硅油、氟烃基硅油、烷氧基硅油、烷基甲基硅氧烷聚合物、长链烷基甲基硅氧烷-二甲基硅氧烷聚合物、二环戊基硅氧烷均聚物、氰丙基甲基硅氧烷-二甲基硅氧烷共聚物或乙基封端聚二甲基硅氧烷中任意一种或至少两种的组合。

4.根据权利要求3所述的导热硅脂组合物，其特征在于，所述有机聚硅氧烷包括二甲基硅油、甲基硅油、苯基硅油、甲基甲苯硅油、乙烯基硅油或氟烃基硅油中任意一种或至少两种的组合，优选甲基硅油和/或苯基硅油。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的导热硅脂组合物，其特征在于，所述表面处理剂包括六甲基二硅氮烷、十八烷基二甲氧基硅烷、正癸基三甲氧基硅烷、N-三甲氧基硅烷丙基-N,N,N-三正丁基氯化铵或双(三甲氧基硅基)己烷中任意一种或至少两种的组合，优选正癸基三甲氧基硅烷和N-三甲氧基硅烷丙基-N,N,N-三正丁基氯化铵的组合。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的导热硅脂组合物，其特征在于，所述耐热剂选自氧化铈、氧化镨或氧化钕中任意一种或至少两种的组合，优选氧化镨和氧化铈的组合。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的导热硅脂组合物，其特征在于，所述润湿剂包括石油醚、正丁醇、异丙醇或二乙二醇单乙醚醋酸酯中任意一种或至少两种的组合；

优选地，所述增滑剂包括氧化锌；

优选地，所述热阻填料包括二氧化钛。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的导热硅脂组合物，其特征在于，所述导热硅脂组合物以重量份数计还包括色浆1-15份，所述色浆包括黑色浆和/或灰色浆。

9.一种根据权利要求1-8中任一项所述的导热硅脂组合物的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

将导热填料热处理后，与有机聚硅氧烷混合，之后与表面处理剂、耐热剂、增滑剂和热阻填料混合减压升温，之后与润湿剂混合得到所述导热硅脂组合物；

优选地，所述与表面处理剂、耐热剂、增滑剂和热阻填料混合减压升温还包括与色浆混合。

10.一种根据权利要求1-8中任一项所述的导热硅脂组合物在制备界面导热材料中的应用。