CN117777913B - 一种丝印高导热耐高温散热胶 - Google Patents

一种丝印高导热耐高温散热胶 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种丝印高导热耐高温散热胶,本发明丝印高导热耐高温散热胶包括联苯二酚改性环氧树脂、蔗糖改性石墨烯、偶联剂以及固化剂;所述蔗糖改性石墨烯与联苯二酚改性环氧树脂的重量比为(3~10):100,所述偶联剂与所述联苯二酚改性环氧树脂的重量比为(0.5~5):100;所述联苯二酚改性环氧树脂的化学结构如式Ⅰ所示,本发明丝印高导热耐高温散热胶可以在达到良好导热性能的情况下,减少填料的添加,极大改善散热胶的散热性能,并且减少了绝缘性能、机械性能下降的负面影响。

Description

一种丝印高导热耐高温散热胶
技术领域
本发明涉及导热密封胶领域,具体涉及一种丝印高导热耐高温散热胶。
背景技术
环氧树脂作为一种广泛使用的热固性树脂材料,具有固化方便、黏附力强、收缩性低、力学性能优异、化学和热稳定性较好以及电绝缘性能好等特征,广泛应用于胶黏剂和电子电气等领域,也是目前主流的封装材料和热界面材料之一。环氧树脂的本征导热能力较低,仅为0.2W/(m K)左右,难以达到散热的作用。现有研究中使用导热填料直接加入到环氧树脂中可以有效地提升其导热性能,但是导热填料添加量较大才能满足良好的导热性能,会导致散热胶材料的绝缘性和机械性能下降。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足之处而提供一种丝印高导热耐高温散热胶。
为实现上述目的,本发明采取的技术方案为:一种丝印高导热耐高温散热胶,所述丝印高导热耐高温散热胶包括联苯二酚改性环氧树脂、蔗糖改性石墨烯、偶联剂以及固化剂;所述蔗糖改性石墨烯与联苯二酚改性环氧树脂的重量比为(3~10):100,所述偶联剂与所述联苯二酚改性环氧树脂的重量比为(0.5~5):100;
所述联苯二酚改性环氧树脂的化学结构如式Ⅰ所示,
式Ⅰ;其中x,y为自然数,x,y的大小由原料4,4'-联苯二酚与环氧树脂的质量比例决定,原料4,4'-联苯二酚与环氧树脂的质量比例为(3~5):1;
所述蔗糖改性石墨烯的制备方法包括以下步骤:
(1)将蔗糖和石墨烯混匀后球磨反应;
(2)去除步骤(1)反应后的研磨球并收集其余反应产物,将反应产物加入水中去除未反应的蔗糖得到改性石墨烯粉状物;
(3)将改性石墨烯粉状物75~90℃加热真空反应12~18小时得到蔗糖改性石墨烯。
上述丝印高导热耐高温散热胶通过4,4'-联苯二酚对环氧树脂改性,改善了环氧树脂分子链的有序性,提升了材料的散热性能,蔗糖改性石墨烯得到羟基官能化石墨烯,使得填料能够有序地分散在环氧树脂中,避免了添加填料的随机分布和团聚,可以在达到良好导热性能的情况下,减少填料的添加,极大改善散热胶的散热性能,并且减少了绝缘性能、机械性能下降的负面影响。
优选地,所述联苯二酚改性环氧树脂的制备方法包括以下步骤:
(Ⅰ)将环氧树脂和4,4'-联苯二酚按质量比混合,在85~95℃下搅拌至均相;加入适量乙基三苯基溴化磷防止粘壁;
(Ⅱ)随后以1.5~2.5℃/min的速率升温至160~180℃,继续恒温反应50~75分钟得到联苯二酚改性环氧树脂后密封保存。
上述联苯二酚改性环氧树脂的制备流程如式(Ⅱ)所示:
式(Ⅱ)。
优选地,原料4,4'-联苯二酚与环氧树脂的质量比例为(3.5~4.5):1。
通过研究发现,4,4'-联苯二酚与环氧树脂的质量比例为(3.5~4.5):1时,联苯二酚改性环氧树脂与蔗糖改性石墨烯搭配制备的丝印高导热耐高温散热胶具有更好的导热性能、绝缘性能和机械性能。
优选地,所述蔗糖改性石墨烯的制备方法中,蔗糖和石墨烯的重量比例为(2.5~5):1。
优选地,所述蔗糖改性石墨烯的制备方法中,用于球磨反应的球磨罐、研磨球均为氧化锆材料,用于球磨反应设备为行星式球磨机。
优选地,所述蔗糖改性石墨烯的制备方法中,将蔗糖和石墨烯在行星式球磨机中以450~600r/min转速球磨4~6小时,进行球磨反应。
优选地,所述偶联剂为为硅烷偶联剂。
优选地,所述固化剂为聚硫醇固化剂或聚醚胺固化剂,固化剂与环氧树脂的重量比为(75~90):100。
优选地,所述蔗糖改性石墨烯与联苯二酚改性环氧树脂的重量比为(4~6):100。
蔗糖改性石墨烯与联苯二酚改性环氧树脂的重量比为(4~6):100时,联苯二酚改性环氧树脂与蔗糖改性石墨烯搭配制备的丝印高导热耐高温散热胶具有更好的导热性能、绝缘性能和机械性能。
优选地,所述联苯二酚改性环氧树脂的制备方法中,以1.5~2.5℃/min的速率升温至165~175℃,继续恒温反应50~75分钟得到联苯二酚改性环氧树脂后密封保存。
本发明的有益效果在于:本发明提供了一种丝印高导热耐高温散热胶,本发明丝印高导热耐高温散热胶通过4,4'-联苯二酚对环氧树脂改性,改善了环氧树脂分子链的有序性,提升了材料的散热性能,蔗糖改性石墨烯得到羟基官能化石墨烯,使得填料能够有序地分散在环氧树脂中,避免了添加填料的随机分布和团聚,可以在达到良好导热性能的情况下,减少填料的添加,极大改善散热胶的散热性能,并且减少了绝缘性能、机械性能下降的负面影响。
附图说明
图1为本发明实施例丝印高导热耐高温散热胶体积电阻率测试示意图。
具体实施方式
为更好的说明本发明的目的、技术方案和优点,下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
作为本发明实施例的一种丝印高导热耐高温散热胶,所述丝印高导热耐高温散热胶包括联苯二酚改性环氧树脂、蔗糖改性石墨烯、硅烷偶联剂以及固化剂;所述蔗糖改性石墨烯与联苯二酚改性环氧树脂的重量比为4:100,所述硅烷偶联剂与所述联苯二酚改性环氧树脂的重量比为1.5:100;
所述联苯二酚改性环氧树脂的化学结构如式Ⅰ所示,
式Ⅰ;其中x,y为自然数,x,y的大小由原料4,4'-联苯二酚与环氧树脂的质量比例决定,原料4,4'-联苯二酚与环氧树脂的质量比例为4:1;
联苯二酚改性环氧树脂的制备方法包括以下步骤:
(Ⅰ)将环氧树脂和4,4'-联苯二酚按4:1的质量比在水浴三口瓶中混合,在90℃下搅拌至均相;加入适量乙基三苯基溴化磷防止粘壁;
(Ⅱ)随后以2℃/min的速率升温至170℃,继续恒温反应60分钟得到联苯二酚改性环氧树脂后密封保存;
所述蔗糖改性石墨烯的制备方法包括以下步骤:
(1)将蔗糖和石墨烯按照质量比3:1混匀后加入氧化锆球磨罐中,在行星式球磨机中以500r/min转速球磨5小时,进行球磨反应;
(2)去除步骤(1)反应后的研磨球并收集其余反应产物,将反应产物加入水中利用蔗糖的水溶性去除未反应的蔗糖得到改性石墨烯粉状物,进行低压抽滤,抽滤过程中加去离子水冲洗洗去未反应的蔗糖得到滤饼的滤饼;
(3)将改性石墨烯粉状物滤饼80℃加热真空反应15小时后制粉得到蔗糖改性石墨烯;
所述固化剂为聚醚胺固化剂,固化剂与环氧树脂的重量比为80:100。
实施例2
作为本发明实施例的一种丝印高导热耐高温散热胶,本实施例与实施例1的唯一区别为:蔗糖改性石墨烯与联苯二酚改性环氧树脂的重量比为3:100。
实施例3
作为本发明实施例的一种丝印高导热耐高温散热胶,本实施例与实施例1的唯一区别为:蔗糖改性石墨烯与联苯二酚改性环氧树脂的重量比为6:100。
实施例4
作为本发明实施例的一种丝印高导热耐高温散热胶,本实施例与实施例1的唯一区别为:蔗糖改性石墨烯与联苯二酚改性环氧树脂的重量比为8:100。
实施例5
作为本发明实施例的一种丝印高导热耐高温散热胶,本实施例与实施例1的唯一区别为:蔗糖改性石墨烯与联苯二酚改性环氧树脂的重量比为10:100。
实施例6
作为本发明实施例的一种丝印高导热耐高温散热胶,本实施例与实施例1的唯一区别为:原料4,4'-联苯二酚与环氧树脂的质量比例为3:1。
实施例7
作为本发明实施例的一种丝印高导热耐高温散热胶,本实施例与实施例1的唯一区别为:原料4,4'-联苯二酚与环氧树脂的质量比例为3.5:1。
实施例8
作为本发明实施例的一种丝印高导热耐高温散热胶,本实施例与实施例1的唯一区别为:原料4,4'-联苯二酚与环氧树脂的质量比例为5:1。
对比例1
作为本发明对比例的一种丝印高导热耐高温散热胶,本对比例与实施例1的唯一区别为:不添加蔗糖改性石墨烯填料。
对比例2
作为本发明对比例的一种丝印高导热耐高温散热胶,本对比例与实施例1的唯一区别为:用石墨烯替换蔗糖改性石墨烯。
对比例3
作为本发明对比例的一种丝印高导热耐高温散热胶,本对比例与实施例1的唯一区别为:用环氧树脂替换联苯二酚改性环氧树脂。
对比例4
作为本发明对比例的一种丝印高导热耐高温散热胶,本对比例与实施例1的唯一区别为:用苯二酚改性环氧树脂替换联苯二酚改性环氧树脂,苯二酚改性环氧树脂的结构式如式Ⅳ所示:
制备方法参照联苯二酚改性环氧树脂的制备方法,除将联苯二酚替换为苯二酚外,其余参数均保持一致。
实验方法
一、待测样品:
分别将实施例和对比例丝印高导热耐高温散热胶成分改性环氧树脂、蔗糖改性石墨烯加入乙醇中,超声分散后30分钟后,在100℃下不断搅拌,直至乙醇完全挥发,同时预备融化后的固化剂、硅烷偶联剂,在不锈钢模具中使用热压的方式,在平板硫化仪上,分别在120℃下固化2h,压力为10MPa。最后冷却至室温。以固化环氧树脂作为对照品,进行相同测试。
二、热导率测试
采用德国Netzsch公司生产的LFA447激光导热仪对环氧树脂复合介质进行热导率的测试。仪器所采用的测试方法为激光散光法,所测试样品为直径12.7mm的小圆片,厚度800μm。测试前计算样品的密度,并于上下表面喷涂一层均匀的石墨涂层。热导率的计算公式为:λ=α×Cp×ρ,其中:λ为热导率,W/(m·K);α为热扩散系数,m2/s;Cp为比热容,J/(kg·K);ρ为样品密度,g/cm3,测试25℃下的热导率。
三、压缩强度测试
万能试验机上测试材料的压缩强度,测试尺寸为10×10×10mm3,测试标准符合GB/T1041-2008《塑料压缩性能的测定》。
四、体积电阻率测试
采用三电极电导率测试系统来测试体积电阻率。三电极系统由Keithley6517B电流表和直流/交流(DC/AC)电压单元组成,样品厚度为150μm,样品面积为2500mm2(50×50),实验电路图如图1所示,图中D,d,g表示电极直径和距离。实验仪器规格为,直流高压电源,0-10kV,电流表10-4-10-14A,电热鼓风烘箱0-100℃,高压电极、主电极、接地电极形状为圆柱形,高压电极直径为50mm,主电极直径为25mm,接地电极直径为5mm。试样测试尺寸为50×50mm,按三电极尺寸在表面真空镀上一层铝电极。测试前,将烘箱设置成相应测试温度,并保温两个小时。
表1热导率、压缩强度、体积电阻率的实验结果如表1所示。
由表1可知,本发明丝印高导热耐高温散热胶通过4,4'-联苯二酚对环氧树脂改性,改善了环氧树脂分子链的有序性,提升了材料的散热性能,蔗糖改性石墨烯得到羟基官能化石墨烯,使得填料能够有序地分散在环氧树脂中,避免了添加填料的随机分布和团聚,可以在达到良好导热性能的情况下,减少填料的添加,极大改善散热胶的散热性能,并且减少了绝缘性能、机械性能下降的负面影响。
最后所应当说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制,尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种丝印高导热耐高温散热胶,其特征在于,所述丝印高导热耐高温散热胶包括联苯二酚改性环氧树脂、蔗糖改性石墨烯、偶联剂以及固化剂;所述蔗糖改性石墨烯与联苯二酚改性环氧树脂的重量比为(3~10):100,所述偶联剂与所述联苯二酚改性环氧树脂的重量比为(0.5~5):100;
所述联苯二酚改性环氧树脂的化学结构如式Ⅰ所示,
式Ⅰ;其中x,y为自然数,x,y的大小由原料4,4'-联苯二酚与环氧树脂的质量比例决定,原料4,4'-联苯二酚与环氧树脂的质量比例为(3~5):1;
所述蔗糖改性石墨烯的制备方法包括以下步骤:
(1)将蔗糖和石墨烯混匀后球磨反应;
(2)去除步骤(1)反应后的研磨球并收集其余反应产物,将反应产物加入水中去除未反应的蔗糖得到改性石墨烯粉状物;
(3)将改性石墨烯粉状物75~90℃加热真空反应12~18小时得到蔗糖改性石墨烯。
2.根据权利要求1所述丝印高导热耐高温散热胶,其特征在于,所述联苯二酚改性环氧树脂的制备方法包括以下步骤:
(Ⅰ)将环氧树脂和4,4'-联苯二酚按质量比混合,在85~95℃下搅拌至均相;加入适量乙基三苯基溴化磷防止粘壁;
(Ⅱ)随后以1.5~2.5℃/min的速率升温至160~180℃,继续恒温反应50~75分钟得到联苯二酚改性环氧树脂后密封保存。
3.根据权利要求1所述丝印高导热耐高温散热胶,其特征在于,原料4,4'-联苯二酚与环氧树脂的质量比例为(3.5~4.5):1。
4.根据权利要求1所述丝印高导热耐高温散热胶,其特征在于,所述蔗糖改性石墨烯的制备方法中,蔗糖和石墨烯的重量比例为(2.5~5):1。
5.根据权利要求1所述丝印高导热耐高温散热胶,其特征在于,所述蔗糖改性石墨烯的制备方法中,用于球磨反应的球磨罐、研磨球均为氧化锆材料,用于球磨反应设备为行星式球磨机。
6.根据权利要求5所述丝印高导热耐高温散热胶,其特征在于,所述蔗糖改性石墨烯的制备方法中,将蔗糖和石墨烯在行星式球磨机中以450~600r/min转速球磨4~6小时,进行球磨反应。
7.根据权利要求1所述丝印高导热耐高温散热胶,其特征在于,所述偶联剂为硅烷偶联剂。
8.根据权利要求1所述丝印高导热耐高温散热胶,其特征在于,所述固化剂为聚硫醇固化剂或聚醚胺固化剂,固化剂与环氧树脂的重量比为(75~90):100。
9.根据权利要求1所述丝印高导热耐高温散热胶,其特征在于,所述蔗糖改性石墨烯与联苯二酚改性环氧树脂的重量比为(4~6):100。
10.根据权利要求2所述丝印高导热耐高温散热胶,其特征在于,所述联苯二酚改性环氧树脂的制备方法中,以1.5~2.5℃/min的速率升温至165~175℃,继续恒温反应50~75分钟得到联苯二酚改性环氧树脂后密封保存。
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