CN115850977A - 一种常温导热、高温阻燃隔热的硅橡胶及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种常温导热、高温阻燃隔热的硅橡胶及其制备方法，涉及硅橡胶技术领域，在常温情况下，本发明硅橡胶的硬度低、附着力强、可塑性强，因此在使用时可以不必考虑产品的尺寸、形状等限制；且导热系数高，能够使导热、散热功能达到更优的效果；在高温或遇明火等热失控情况下，本发明硅橡胶会迅速形成一种具有均匀孔隙结构的泡沫陶瓷结构，此结构不仅降低了硅橡胶的导热性能，还减少了火焰或高温对内部部件的损坏。
Description
技术领域：
本发明涉及硅橡胶技术领域，具体涉及一种常温导热、高温阻燃隔热的硅橡胶及其制备方法。
背景技术：
近几年，由于石油资源的紧缺、油价的飞速上涨及人们对环境保护意识的提升，导致选择燃油汽车为代步工具的人们越来越少。与之相比，新能源电动汽车具有节省燃料和能源、高效率、低噪音和减少废气排放等优点，使新能源电动汽车行业蓬勃发展。新能源汽车的动力源是成千上万只锂离子电池，若因机械损伤、热冲击、内短路和过充等因素，导致某些单体进入热失控状态，就会引起周围电池温度升高，继而将热失控传播到整个电池组，最终造成整体燃烧、爆炸的灾难性后果。如何预防新能源电动汽车热失控，避免造成人力、财力和物力的损失，是当下及以后亟待解决的难题。
专利CN 113745688A公开了一种电动汽车动力电池的热系统管理方法，通过填充型导热复合材料技术、发泡橡胶技术和可瓷化硅橡胶技术三种功能硅橡胶技术的融合，有效解决散热和隔热防火的技术矛盾。此专利是利用了发泡剂在高温进行发泡，形成了具有多孔陶瓷的结构，阻断了热量的传递来达到隔热的效果。
发明内容：
本发明所要解决的技术问题在于提供一种硅橡胶及其制备方法，在不使用发泡剂的情况下可以达到高温阻燃、隔热，同时兼具常温导热的效果。
本发明所要解决的技术问题采用以下的技术方案来实现：
本发明的目的之一是提供一种常温导热、高温阻燃隔热的硅橡胶，包括液体硅橡胶和固体硅橡胶两种形式。
所述液体硅橡胶按重量份计，包括如下组分：
所述固体硅橡胶按重量份计，包括如下组分：
本发明的目的之二是提供一种制备前述硅橡胶的方法，包括以下步骤：
步骤1、将乙烯基硅油或乙烯基硅橡胶、导热填料、阻燃剂、成瓷剂和偶联剂依次放入捏合机中，真空混合，卸压冷却后得到基胶；
步骤2、向基胶中加入抑制剂、交联剂、扩链剂和固化剂，混合均匀；
步骤3、采用流延、压延或模压工艺得到所需硅橡胶制品。
本发明的目的之三是提供前述硅橡胶在动力电池和储能电池的热管理和热失控防护领域中的应用。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)在常温情况下，本发明硅橡胶的硬度低、附着力强、可塑性强，因此在使用时可以不必考虑产品的尺寸、形状等限制，满足各种应用场合的传热要求；且导热系数高，能够使导热、散热功能达到更优的效果。
(2)在高温或遇明火等热失控情况下，本发明硅橡胶会迅速形成一种具有均匀孔隙的泡沫陶瓷结构，弯曲强度最高可达20MPa，此结构不仅降低了硅橡胶的导热性能，还减少了火焰或高温对内部部件的损坏。
附图说明：
图1为本发明制备的硅橡胶的断面图；
图2为本发明制备的硅橡胶在高温或者明火等热失控情况下形成的多孔泡沫陶瓷体断面图。
具体实施方式：
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。
本发明提供了一种常温导热、高温阻燃隔热的硅橡胶，包括液体硅橡胶和固体硅橡胶两种形式。
所述液体硅橡胶按重量份计，包括如下组分：
所述固体硅橡胶按重量份计，包括如下组分：
优选地，所述乙烯基硅油为端乙烯基硅油、高乙烯基硅油中的至少一种。
优选地，所述乙烯基硅橡胶为甲基乙烯基硅橡胶、甲基苯基乙烯基硅橡胶中的至少一种。
优选地，所述导热填料为氧化铝、氧化锌、氮化硼、氮化铝、氮化硅、碳化硅、金刚石、氢氧化铝、炭黑、石墨、碳纳米管、碳纤维中的至少一种。
优选地，所述阻燃剂为氢氧化铝、勃姆石、磷酸酯、聚膦酸胺、氢氧化镁、碱式碳酸镁、硼酸锌中的至少一种。
优选地，所述成瓷剂为白云石、云母、高岭土、硅灰石、海泡石、莫来石纤维、白炭黑、氧化钙、氧化镁、珍珠岩填料中的至少一种。
优选地，所述偶联剂为甲基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、十六烷基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷中的至少一种。
优选地，所述固化剂为二丁基锡二月桂酸酯、辛酸亚锡、铂络合物、DCBP、DBPMH、DCP中的至少一种。二丁基锡二月桂酸酯和辛酸亚锡在室温下催化交联反应，铂络合物催化硅氢加成反应的硫化条件为150℃×15min，DCBP的硫化条件为120℃×15min，DBPMH的硫化条件为175℃×15min，DCP的硫化条件为120℃×10min。
优选地，所述抑制剂为乙烯基环体、1-乙炔基环己醇中的至少一种。
优选地，所述交联剂为H含量为0.1～0.9％的侧含氢硅油。
优选地，所述扩链剂为H含量为0.08～0.8％的端含氢硅油。
本发明还提供了一种制备前述硅橡胶的方法，包括以下步骤：
步骤1、将乙烯基硅油或乙烯基硅橡胶、导热填料、阻燃剂、成瓷剂和偶联剂依次放入捏合机中，真空混合，卸压冷却后得到基胶；
步骤2、向基胶中加入抑制剂、交联剂、扩链剂和固化剂，混合均匀；
步骤3、采用流延、压延或模压工艺得到所需硅橡胶制品。
优选地，所述模压工艺中平板硫化机的硫化压力为12～15MPa。
优选地，所述真空混合的温度为150-170℃，时间为60min，真空度为-0.08MPa。
本发明硅橡胶在极低的固化剂用量下硫化成型，因此硬度极低。
本发明还提供了前述硅橡胶在动力电池和储能电池的热管理和热失控防护领域中的应用。
以下通过具体实施例对本发明的技术方案作进一步的详细说明：
实施例1
硅橡胶的制备原料按如下重量份计：
硅橡胶的制备方法包括以下步骤：
步骤1、将硅橡胶、导热填料、阻燃剂、成瓷剂和偶联剂加入捏合机中，在150℃的真空条件下混合搅拌60min，真空度为-0.08MPa，卸压冷却后得到基胶；
步骤2、向基胶中加入固化剂，混合均匀，得到胶料；
步骤3、将胶料放入平板硫化机中模压成型，平板硫化机的硫化压力为12～15MPa，硫化条件为120℃×15min。
实施例2
硅橡胶的制备原料按如下重量份计：
硅橡胶的制备方法包括以下步骤：
步骤1、将硅橡胶、导热填料、阻燃剂、成瓷剂和偶联剂加入捏合机中，在150℃的真空条件下混合搅拌60min，真空度为-0.08MPa，卸压冷却后得到基胶；
步骤2、向基胶中加入固化剂，混合均匀，得到胶料；
步骤3、将胶料放入平板硫化机中模压成型，平板硫化机的硫化压力为12～15MPa，硫化条件为120℃×105min。
实施例3
硅橡胶的制备原料按如下重量份计：
硅橡胶的制备方法包括以下步骤：
步骤1、将硅橡胶、导热填料、阻燃剂、成瓷剂和偶联剂加入捏合机中，在150℃的真空条件下混合搅拌60min，真空度为-0.08MPa，卸压冷却后得到基胶；
步骤2、向基胶中加入固化剂，混合均匀，得到胶料；
步骤3、将胶料放入平板硫化机中模压成型，平板硫化机的硫化压力为12～15MPa，硫化条件为120℃×15min。
对比例1
硅橡胶的制备原料按如下重量份计：
硅橡胶的制备方法包括以下步骤：
步骤1、将硅橡胶、导热填料、阻燃剂、成瓷剂和偶联剂加入捏合机中，在150℃的真空条件下混合搅拌60min，真空度为-0.08MPa，卸压冷却后得到基胶；
步骤2、向基胶中加入固化剂，混合均匀，得到胶料；
步骤3、将胶料放入平板硫化机中模压成型，平板硫化机的硫化压力为12～15MPa，硫化条件为120℃×15min。
实施例4
硅橡胶的制备原料按如下重量份计：
硅橡胶的制备方法包括以下步骤：
步骤1、将乙烯基硅油、导热填料、阻燃剂、成瓷剂和偶联剂加入捏合机中，在150℃的真空条件下混合搅拌60min，真空度为-0.08MPa，卸压冷却后得到基胶；
步骤2、向基胶中加入抑制剂、交联剂、扩链剂和固化剂，混合均匀，得到胶料；
步骤3、胶料采用压延工艺得到所需硅橡胶制品，将样片放入烘箱进行硫化，硫化条件为150℃×15min。
实施例5
硅橡胶的制备原料按如下重量份计：
硅橡胶的制备方法包括以下步骤：
步骤1、将乙烯基硅油、导热填料、阻燃剂、成瓷剂和偶联剂加入捏合机中，在150℃的真空条件下混合搅拌60min，真空度为-0.08MPa，卸压冷却后得到基胶；
步骤2、向基胶中加入抑制剂、交联剂、扩链剂和固化剂，混合均匀，得到胶料；
步骤3、胶料采用压延工艺得到所需硅橡胶制品，将样片放入烘箱进行硫化，硫化条件为150℃×15min。
实施例6
硅橡胶的制备原料按如下重量份计：
硅橡胶的制备方法包括以下步骤：
步骤1、将乙烯基硅油、导热填料、阻燃剂、成瓷剂和偶联剂加入捏合机中，在170℃的真空条件下混合搅拌60min，真空度为-0.08MPa，卸压冷却后得到基胶；
步骤2、向基胶中加入抑制剂、交联剂、扩链剂和固化剂，混合均匀，得到胶料；
步骤3、胶料采用压延工艺得到所需硅橡胶制品，将样片放入烘箱进行硫化，硫化条件为150℃×15min。
对比例2
硅橡胶的制备原料按如下重量份计：
硅橡胶的制备方法包括以下步骤：
步骤1、将乙烯基硅油、导热填料、阻燃剂、成瓷剂和偶联剂加入捏合机中，在150℃的真空条件下混合搅拌60min，真空度为-0.08MPa，卸压冷却后得到基胶；
步骤2、向基胶中加入抑制剂、交联剂、扩链剂和固化剂，混合均匀，得到胶料；
步骤3、胶料采用压延工艺得到所需硅橡胶制品，将样片放入烘箱进行硫化，硫化条件为150℃×15min。
对上述实施例制备的硅橡胶进行性能测试，结果见表1。
表1硅橡胶的性能
由表1可知，实施例1、2、3和对比例1中固化剂用量分别为乙烯基硅橡胶的0.4％、0.2％、0.15％和1.0％，其中实施例1、2、3固化剂用量极低，硫化后的样片交联程度低，导致硅橡胶样片的硬度低于正常交联的对比例1。如图1所示，硅橡胶样片固化后在室温或正常工作情况下，样片断面致密。在图2中，实施例1、2、3制备的硅橡胶在高温或者明火等热失控情况下，形成了坚固的多孔泡沫陶瓷结构，能够抵抗大量热量和火焰的冲击，特殊的多孔结构又能隔绝热量的传递，大大降低了对内部部件的损坏。同理，实施例5和6中的交联剂和扩链剂用量低，导致硫化后的样片交联不完全，与实施例4和对比例2相比，硬度降低，在热失控的情况下，易形成结构完整的多孔泡沫陶瓷体，此结构使导热网络结构被破坏，隔热效果大大提升。实施例4与对比例2相比，其粉体填充量低，常温下导热系数低，且形成的陶瓷体呈层状陶瓷结构，隔热效果差。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (10)
1.一种常温导热、高温阻燃隔热的硅橡胶，其特征在于：包括液体硅橡胶和固体硅橡胶两种形式；
所述液体硅橡胶按重量份计，包括如下组分：
所述固体硅橡胶按重量份计，包括如下组分：
2.根据权利要求1所述的硅橡胶，其特征在于：所述乙烯基硅油为端乙烯基硅油、高乙烯基硅油中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的硅橡胶，其特征在于：所述乙烯基硅橡胶为甲基乙烯基硅橡胶、甲基苯基乙烯基硅橡胶中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的硅橡胶，其特征在于：所述导热填料为氧化铝、氧化锌、氮化硼、氮化铝、氮化硅、碳化硅、金刚石、氢氧化铝、炭黑、石墨、碳纳米管、碳纤维中的至少一种；
所述阻燃剂为氢氧化铝、勃姆石、磷酸酯、聚膦酸胺、氢氧化镁、碱式碳酸镁、硼酸锌中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的硅橡胶，其特征在于：所述成瓷剂为白云石、云母、高岭土、硅灰石、海泡石、莫来石纤维、白炭黑、氧化钙、氧化镁、珍珠岩填料中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的硅橡胶，其特征在于：所述偶联剂为甲基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、十六烷基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷中的至少一种；所述固化剂为二丁基锡二月桂酸酯、辛酸亚锡、铂络合物、DCBP、DBPMH、DCP中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的硅橡胶，其特征在于：所述抑制剂为乙烯基环体、1-乙炔基环己醇中的至少一种；所述交联剂为H含量为0.1～0.9％的侧含氢硅油；所述扩链剂为H含量为0.08～0.8％的端含氢硅油。
8.权利要求1-7任意一项所述的硅橡胶的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1、将乙烯基硅油或乙烯基硅橡胶、导热填料、阻燃剂、成瓷剂和偶联剂依次放入捏合机中，真空混合，卸压冷却后得到基胶；
步骤2、向基胶中加入抑制剂、交联剂、扩链剂和固化剂，混合均匀；
步骤3、采用流延、压延或模压工艺得到所需硅橡胶制品。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：所述模压工艺中平板硫化机的硫化压力为12～15MPa；所述真空混合的温度为150-170℃，时间为60min，真空度为-0.08MPa。
10.权利要求1-7任意一项所述的硅橡胶在动力电池和储能电池的热管理和热失控防护领域中的应用。
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