CN117004231A - 一种低挥发速固化相变导热垫片及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种低挥发速固化相变导热垫片及其制备方法，垫片原料包括乙烯基硅油100份；导热粉体500~700份；交联剂3~8份；催化剂0.01~0.1份；抑制剂0.06~0.3份；相变材料10~30份；硅烷偶联剂5~20份。制备方法包括：将导热粉体和硅烷偶联剂混合；将乙烯基硅油、相变材料、交联剂、抑制剂搅拌均匀；将前两步产物混合，加入催化剂后抽真空搅拌均匀；将混合材料移至硫化机，在120~150℃的温度下进行固化，得到低挥发速固化相变导热垫片。本发明工艺效率高且产品低挥发、回弹好，能够满足动力电池长时间稳定高效的散热要求。

Description

一种低挥发速固化相变导热垫片及其制备方法

技术领域

本发明涉及新能源汽车的导热材料领域，具体涉及一种低挥发速固化相变导热垫片及其制备方法，该导热垫片可应用于新能源汽车的动力电池散热，也可用于航空航天、电子领域、燃料电池、树脂传递模塑、交通运输等领域。

背景技术

动力电池是新能源汽车的核心部件，新能源汽车长时间工作会使动力电池持续发热，当发热量过高时便会影响动力电池的正常功能，因此需要对动力电池进行有效散热。通常，动力电池的散热方式包括：

一、风冷散热

一方面通过安装散热风扇带走动力电池工作时产生的高热，另一方面在电极端子的顶部和底部分别增加导热硅胶垫片，使不易散发的热量从顶部和底部通过导热硅胶垫片传导到金属外壳上进行散热。同时，导热硅胶垫片还有高电绝缘性和耐穿刺性要求，以此对动力电池起到较佳保障作用。

二、液冷散热

一方面通过液冷管吸收动力电池工作时产生的高热，冷却液的比热容大，可吸收动力电池工作时产生的热量使动力电池在安全温度下工作。另一方面通过设置导热硅胶垫片，利用导热硅胶垫片的绝缘性能和回弹性，防止电池间的振动和摩擦损伤以及电池间短路的隐患，是水冷方案的最佳铺装材料。

综上，导热硅胶垫片是行业内广泛认可的导热材料，具有生产设备简单，导热率高，稳定性良好等优点。然而在应用中，由于使用时间过长或温度过高，出现了挥发物高的问题，且传统的导热硅胶垫片回弹力较差，与电池部件之间易产生空气间隙，贴合度有欠缺，从而影响散热效果。此外，导热垫片在生产时，硫化机的温度需保持120~150℃，常规垫片的固化时间一般在15~30min，这种大型加热设备功率很高，加工时间的延长既增加了成本，使垫片的单价增加，又造成了资源的过度使用，对环境友好度不佳。

因此，如何解决上述现有技术存在的不足，便成为本发明所要研究解决的课题。

发明内容

本发明的目的是提供一种低挥发速固化相变导热垫片及其制备方法。

为达到上述目的，本发明于产品层面采用的技术方案是：

一种低挥发速固化相变导热垫片，其原料包括以下重量份的组分：

乙烯基硅油 100份；

导热粉体 500~700份；

交联剂 3~8份；

催化剂 0.01~0.1份；

抑制剂 0.06~0.3份；

相变材料10~30份；

硅烷偶联剂5~20份。

进一步的技术方案，所述乙烯基硅油的挥发量≤100ppm，粘度为40~2000mPa*s，乙烯基含量为0.23~1.74%。

进一步的技术方案，所述导热粉体为氧化铝、氮化铝、氮化硼、氢氧化铝、氧化锌、氧化镁、石墨烯、碳纳米管中的一种或几种。

进一步的技术方案，所述交联剂为含氢硅油，挥发量≤300ppm，粘度为10~50 mPa*s，其含氢量为0.10~0.28%。

进一步的技术方案，所述催化剂为铂金催化剂，铂金含量为1600~1800ppm，粘度为200~400 mPa*s。

进一步的技术方案，所述抑制剂为硅酮抑制剂或炔醇抑制剂，包括3，7，11-三甲基十二炔-3-醇、四乙烯基环四硅氧烷。

进一步的技术方案，所述相变材料为有机相变材料，选自石蜡、微晶蜡、蜂蜡、聚乙烯醇蜡或硅蜡中的一种或几种组成，熔点在40~50℃之间。有机相变材料的熔点低，加入有利于降低复合体系粘度，提高填料在复合体系中的分散性，同时提高导热硅胶的可加工性。

进一步的技术方案，所述导热粉体为经过硅烷偶联剂表面预处理，进行表面改性后的导热粉体。目的在于增强导热粉体的相容性，使无机导热粉体与有机相（硅油、相变材料）混合均匀。

进一步的技术方案，所述硅烷偶联剂为癸基三甲氧基硅烷偶联剂、十二烷基三甲氧基硅烷、十六烷基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷中的一种或几种。

为达到上述目的，本发明于方法层面采用的技术方案是：

一种低挥发速固化相变导热垫片的制备方法，包括：

步骤一、将导热粉体和硅烷偶联剂加入行星式重力搅拌器中，以1400~1800r/min的转速，混合4~7min，冷却后备用；

步骤二、将100份乙烯基硅油、10~30份相变材料、3~8份交联剂、0.06~0.3份抑制剂加入行星式重力搅拌器中，温度设置为80~120℃，转速为20~80r/min，真空度为-0.1MPa，搅拌1.5~3h至完全均匀；

步骤三、将步骤一的产物与步骤二的产物进行混合，加入0.01~0.1份催化剂，继续抽真空搅拌均匀，得到混合材料；

步骤四、将混合均匀的所述混合材料转移至硫化机，在120~150℃的温度下固化5~10min，得到低挥发速固化相变导热垫片。

上述方案中，通过步骤一将导热粉体和硅烷偶联剂进行预先共混，可使导热粉体在整体垫片中分散更加均匀。

上述方案中，通过步骤四中的硫化，利用高温促使橡胶内的链状分子交联成网状分子，可加强垫片的拉力、硬度、老化、弹性等性能。

本发明的工作原理及优点如下：

本发明选用挥发量≤100ppm的乙烯基硅油为主体材料，加入有机相变材料充分混合，主体硅油固化后的挥发量及冷凝物量低。

一方面，有机相变材料的加入使得混合物在相变材料熔点以上时粘度降低，起到稀释混合料的作用，因此能够使料体流动速度加快，有助于导热垫片快速固化，降低加工成本；固化速度上升使得固化程度提高，又在一定程度上减少了导热垫片中小分子的挥发量。

另一方面，相变材料的加入使得在导热过程中导热垫片受热后的柔软度提高，贴合度上升，可有效填补空隙，提高散热效果。相变材料又是一种良好的热管理材料，吸收和释放热量时发生相变，相变过程具有等温性，既能高效散热又提供了热量缓冲。

本发明的低挥发速固化相变导热垫片，导热系数在1.0-3.5W/m•K之间，挥发物冷凝量≤0.05%，在硫化机120~150℃时，5~10min就可完成固化过程得到产品，大大提高了生产效率。

本发明改善了导热硅胶片在温度较高或使用时间较长时，硅胶基体逸出小分子挥发物以及回弹变弱的问题，改善后的导热垫片能够有效减少动力电池器件之间的空气热阻，形成良好的传热通路，能够很好满足新能源汽车动力电池的长时间稳定、可靠以及高效的散热要求。

此外，本发明还可广泛应用于摄像头、显示屏、灯具等既对导热有较高要求，同时对清晰度有较高要求的精密电子仪器。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步描述：

以下将以详细叙述对本案进行清楚说明，任何本领域技术人员在了解本案的实施例后，当可由本案所教示的技术，加以改变及修饰，其并不脱离本案的精神与范围。

本文的用语只为描述特定实施例，而无意为本案的限制。关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。

关于本文中所使用的用词（terms），除有特别注明外，通常具有每个用词使用在此领域中、在本案内容中与特殊内容中的平常意义。某些用以描述本案的用词将于下或在此说明书的别处讨论，以提供本领域技术人员在有关本案描述上额外的引导。

实施例1

一种低挥发速固化相变导热垫片的制备方法，步骤包括：

（1）将500份氧化铝和5份十二烷基三甲氧基硅烷加入行星式重力搅拌器中，以1400r/min的转速混合5min，冷却后备用。

（2）将100份粘度为500的乙烯基硅油、15份石蜡、5份粘度为30的含氢硅油、0.06份四乙烯基环四硅氧烷加入行星式重力搅拌器中，温度设置为100℃，转速为40r/min，真空度为-0.1MPa，搅拌2h至完全均匀。

（3）将（1）的产物与（2）的产物进行混合，加入0.05份铂金催化剂，继续抽真空搅拌均匀，得到混合材料。

（4）将混合均匀的所述混合材料转移至硫化机，在130℃的温度下固化10min，得到所述低挥发速固化相变导热垫片。

实施例2

一种低挥发速固化相变导热垫片的制备方法，步骤包括：

（1）将500份氧化铝、200份氢氧化铝和7份十六烷基三甲氧基硅烷加入行星式重力搅拌器中，以1500r/min的转速混合5min，冷却后备用。

（2）将100份粘度350的乙烯基硅油、20份微晶蜡、4.5份粘度30的含氢硅油、0.06份四乙烯基环四硅氧烷加入行星式重力搅拌器中，温度设置为110℃，转速为55r/min，真空度为-0.1MPa，搅拌2.5h至完全均匀。

（3）将（1）的产物与（2）的产物进行混合，加入0.06份铂金催化剂，继续抽真空搅拌均匀，得到混合材料。

（4）将混合均匀的所述混合材料转移至硫化机，在140℃的温度下固化8min，得到所述低挥发速固化相变导热垫片。

实施例3

一种低挥发速固化相变导热垫片的制备方法，步骤包括：

（1）将400份氧化铝、100份氢氧化铝、200份氮化铝和10份乙烯基三甲氧基硅烷加入行星式重力搅拌器中，以1700r/min的转速混合6min，冷却后备用。

（2）将100份粘度300的乙烯基硅油、30份聚乙烯醇蜡、5份粘度30的含氢硅油、0.06份四乙烯基环四硅氧烷加入行星式重力搅拌器中，温度设置为100℃，转速为60r/min，真空度为-0.1MPa，搅拌2h至完全均匀。

（3）将（1）的产物与（2）的产物进行混合，加入0.06份铂金催化剂，继续抽真空搅拌均匀，得到混合材料。

（4）将混合均匀的所述混合材料转移至硫化机，在140℃的温度下固化7min，得到所述低挥发速固化相变导热垫片。

对比例1

本对比例1与实施例1的不同之处在于：对比例1的导热垫片中不加入相变材料。其他内容与实施例1相同，故此处不做赘述。

对比例2

本对比例2与实施例1的不同之处在于：对比例2的导热垫片中以相同重量份的凡士林替代石蜡。其他内容与实施例1相同，故此处不做赘述。

将实施例1~3与对比例1、2所得导热垫片进行如下检测：

挥发性能测试：用刀将导热垫片裁剪出直径为3cm的圆形样品，将样品置于广口瓶内，将广口瓶的下部置于150℃的热台上，用重量为w1的表面皿覆盖住广口瓶瓶口，24小时后，称重表面皿的重量为w2，样品的挥发性能的计算公式为：挥发率＝(w2-w1)/w1×100％。

导热系数：按ASTM D5470试验，结果如表1所示：

表1

从表1中的数据可知，当加入了相变材料后，获得的导热垫片不仅导热性能可获得小幅提升，同时可大幅降低固化时间和挥发性。可见，由于有机相变材料的添加，混合物在超过相变材料熔点的温度范围内会降低粘度，从而稀释混合物。因此，这能够促使混合料流动速度增加，进而有助于加快导热垫片的固化过程。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种低挥发速固化相变导热垫片，其特征在于：其原料包括以下重量份的组分：

乙烯基硅油 100份；

导热粉体 500~700份；

交联剂 3~8份；

催化剂 0.01~0.1份；

抑制剂 0.06~0.3份；

相变材料10~30份；

硅烷偶联剂5~20份。

2.根据权利要求1所述的相变导热垫片，其特征在于：所述乙烯基硅油的挥发量≤100ppm，粘度为40~2000mPa*s，乙烯基含量为0.23~1.74%。

3.根据权利要求1所述的相变导热垫片，其特征在于：所述导热粉体为氧化铝、氮化铝、氮化硼、氢氧化铝、氧化锌、氧化镁、石墨烯、碳纳米管中的一种或几种。

4.根据权利要求1所述的相变导热垫片，其特征在于：所述交联剂为含氢硅油，挥发量≤300ppm，粘度为10~50 mPa*s，其含氢量为0.10~0.28%。

5.根据权利要求1所述的相变导热垫片，其特征在于：所述催化剂为铂金催化剂，铂金含量为1600~1800ppm，粘度为200~400 mPa*s。

6.根据权利要求1所述的相变导热垫片，其特征在于：所述抑制剂为硅酮抑制剂或炔醇抑制剂，包括3，7，11-三甲基十二炔-3-醇、四乙烯基环四硅氧烷。

7.根据权利要求1所述的相变导热垫片，其特征在于：所述相变材料为有机相变材料，选自石蜡、微晶蜡、蜂蜡、聚乙烯醇蜡或硅蜡中的一种或几种组成，熔点在40~50℃之间。

8.根据权利要求1所述的相变导热垫片，其特征在于：所述导热粉体为经过硅烷偶联剂表面预处理，进行表面改性后的导热粉体。

9.根据权利要求1所述的相变导热垫片，其特征在于：所述硅烷偶联剂为癸基三甲氧基硅烷偶联剂、十二烷基三甲氧基硅烷、十六烷基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷中的一种或几种。

10.一种低挥发速固化相变导热垫片的制备方法，其特征在于：用于制备权利要求1~9中任一项的低挥发速固化相变导热垫片，所述制备方法包括：

步骤一、将导热粉体和硅烷偶联剂加入行星式重力搅拌器中，以1400~1800r/min的转速，混合4~7min，冷却后备用；

步骤二、将100份乙烯基硅油、10~30份相变材料、3~8份交联剂、0.06~0.3份抑制剂加入行星式重力搅拌器中，温度设置为80~120℃，转速为20~80r/min，真空度为-0.1MPa，搅拌1.5~3h至完全均匀；

步骤三、将步骤一的产物与步骤二的产物进行混合，加入0.01~0.1份催化剂，继续抽真空搅拌均匀，得到混合材料；

步骤四、将混合均匀的所述混合材料转移至硫化机，在120~150℃的温度下固化5~10min，得到低挥发速固化相变导热垫片。