RU2757253C2 - Полимерная композиционная теплопроводная паста с нановолокнистым модификатором - Google Patents
Полимерная композиционная теплопроводная паста с нановолокнистым модификатором Download PDFInfo
- Publication number
- RU2757253C2 RU2757253C2 RU2019144096A RU2019144096A RU2757253C2 RU 2757253 C2 RU2757253 C2 RU 2757253C2 RU 2019144096 A RU2019144096 A RU 2019144096A RU 2019144096 A RU2019144096 A RU 2019144096A RU 2757253 C2 RU2757253 C2 RU 2757253C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heat
- conducting
- inorganic filler
- paste
- nanofiber
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K13/00—Use of mixtures of ingredients not covered by one single of the preceding main groups, each of these compounds being essential
- C08K13/02—Organic and inorganic ingredients
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
- C08K3/01—Use of inorganic substances as compounding ingredients characterized by their specific function
- C08K3/013—Fillers, pigments or reinforcing additives
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K7/00—Use of ingredients characterised by shape
- C08K7/02—Fibres or whiskers
- C08K7/04—Fibres or whiskers inorganic
- C08K7/06—Elements
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L83/00—Compositions of macromolecular compounds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing silicon with or without sulfur, nitrogen, oxygen or carbon only; Compositions of derivatives of such polymers
- C08L83/04—Polysiloxanes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K5/00—Heat-transfer, heat-exchange or heat-storage materials, e.g. refrigerants; Materials for the production of heat or cold by chemical reactions other than by combustion
- C09K5/08—Materials not undergoing a change of physical state when used
- C09K5/14—Solid materials, e.g. powdery or granular
Abstract
Изобретение относится к области создания теплопроводящих материалов. Предложена полимерная композиционная теплопроводная паста для сопряжения теплонапряженных различных устройств и деталей, которая содержит теплопроводный неорганический наполнитель, выбранный из нитрида алюминия, карбида кремния и/или графита, связующее в виде органического полидиметилсилоксана и волокнистый или нановолокнистый модификатор, выбранный из углеродных нанотрубок и волокнистого кремния, взятый в количестве от 0,1 до 15 % от массы порошка неорганического наполнителя. Технический результат заключается в повышении теплопроводности за счет образования перколяционных кластеров в объеме пасты. 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 4 пр.
Description
Заявленное техническое решение относится к области создания теплопроводящих материалов и может быть использовано для сопряжения теплонапряженных поверхностей различных устройств и деталей. Эффективность переноса тепла зависит как от коэффициентов теплопроводности, так и от площадей соприкосновения поверхностей материалов. Соответственно, для обеспечения максимально возможной теплопередачи необходимо обеспечить плотный контакт между поверхностями. Поскольку поверхности любых материалов не являются абсолютно плоскими, то образуются воздушные прослойки, значительно снижающие теплоперенос в системе. Для решения этой проблемы наиболее оптимальным и широко используемым является применение теплопроводящих паст (термопаст). Более конкретно, настоящая заявка на изобретение относится к способу использования определенного состава наноструктуированной смеси, представляющей собой соединение связующего, как правило, кремнийорганического и наполнителя (теплопроводного материала), причем смесь имеет широкий температурный диапазон использования, невоспламеняема, нетоксична, не электропроводна, не портится после длительного применения и дешева.
Известна теплопроводящая паста, патент РФ № 919346, в состав которой входит 40,0-60,0 вес.%, глицерина, 38,8-53,0 вес.% алюминиевой пудры и 1,7 вес.% антистатика. Использование в качестве теплопроводящего наполнителя металлического алюминия имеет существенные недостатки. Металлический алюминий в силу высокой химической активности, особенно если учесть его порошкообразное состояние, с течением времени подвержен взаимодействием не только с сопутствующими компонентами, но и с внешней средой, содержащей химически активные составляющие. Появление поверхностных кислородсодержащих пленок на частицах металлического алюминиевого порошка резко снижает его теплопроводность, что в конечном результате ухудшает результативность данной сопрягающей пасты, применяемой для отвода тепла от теплонапряженного устройства.
Патентом US 20140240928 A1 защищена паста, согласно которому термопаста имеет теплопроводные неорганические включения, 100 частей по весу которых обработаны гидрофобным олефиликом, диаметр частиц неорганического компонента от 10 нм до 100 мкм. В качестве органического связующего используются полисилоксановые соединения, а в качестве неорганического наполнителя – нитрид алюминия.
Недостатком пасты, описанной в вышеуказанном патенте, является то, что частицы нитрида алюминия имеют круглую форму. В этом случае органическое связующее равномерно покрывает частицы нитрида алюминия и исключает прямой контакт в объёме теплопроводящей пасты. Другим недостатком является ограничение по размеру частиц теплопроводного нитрида алюминия до 100мкм. Получение мелкодисперсных порошков нитрида алюминия, имеющего высокую твердость, представляет собой энергозатратный технологический процесс. Кроме того, длительное измельчение твердого нитрида алюминия сопровождается намолом примесей футеровочного материала мельниц.
В качестве прототипа выбран патент (Теплопроводящая паста / № РФ 2651035C1, опубл. 18.04.2018), рассматривающий создание пасты, имеющей повышенную теплопроводность за счет улучшение межчастичных контактов нитрида алюминия. Теплопроводная паста содержит теплопроводный неорганический наполнитель в виде частиц нитрида алюминия и связующее в виде органического полисилоксана, причем в качестве органического полисилоксана используют полидиметилсилоксан, а частицы нитрида алюминия имеют неправильную форму размером 110-300 мкм, которые составляют 80-100 % по массе всех частиц, остальное - частицы размером до 100 нм. При этом частицы крупностью 110-300 мкм имеют строение в виде агломератов из наночастиц нитрида алюминия. Недостатком данного способа является необходимость высокого содержания порошкообразного наполнителя для обеспечения перколяционного эффекта, и как следствие, повышению теплопроводности паст.
Указанные выше недостатки отсутствуют в заявляемом техническом решении благодаря созданию перколяционной структуры вследствие введения в состав волокнистого или нановолокнистого модификатора в количестве 0,1 – 15 % от массы порошка неорганического наполнителя, что позволяет достичь увеличения теплопроводности паст вплоть до 600 %.
Технический результат, достигаемый при реализации изобретения, заключается в повышении теплофизических характеристик теплопроводной пасты вплоть до 600 %. Подобное явление носит название перколяционного эффекта.
Заявляемая полимерная композиционная теплопроводная паста для сопряжения теплонапряженных устройств и деталей содержит неорганический наполнитель и органический полидиметилсилоксан в качестве связующего. Паста отличается тем, что с целью улучшения теплопроводящих свойств содержит волокнистый или нановолокнистый модификатор в количестве от 0,1 до 15 % от массы порошка неорганического наполнителя.
Причем в качестве неорганического наполнителя используется один или несколько материалов, выбранных из ряда материалов, обладающих теплопроводностью не менее чем в 100 раз больше, чем теплопроводность связующего материала, например, алюминий, графит, нитрид алюминия, карбид кремния или др. Применение нескольких различных наполнителей позволяет ввиду разного размера частиц и адгезии к органическому полидиметилсилоксану эффективно заполнять октаэдрические и тетраэдрические пустоты между более крупными частицами, тем самым увеличивая максимальную степень наполнения пасты.
Модификатор выполняется предпочтительно из углеродных нанотрубок (УНТ) или волокнистого кремния. обладающих высокой теплопроводностью от 150 до 3500 Вт/(м·К), ярко выраженной анизотропной структурой, обеспечивающей формирование «теплопроводных мостиков» между сферическими частицами и высоким сродством к органическому связующему.
Сущность заявляемого изобретения поясняется фигурами, где изображены:
- на фиг. 1 - микроволокна, распределенные в объеме связующего и сформировавшие микроструктуру с повышенными теплофизическими свойствами;
- на фиг. 2 - таблица с данными, характеризующими примеры осуществления изобретения.
Полимерная композиционная теплопроводная паста содержит теплопроводный неорганический наполнитель в виде, например, частиц нитрида алюминия и/или графита, связующее в виде органического полисилоксана. Причем в качестве органического полисилоксана используют полидиметилсилоксан и волокнистый или нановолокнистый модификатор в количестве от 0,1 до 15 % от массы порошка неорганического наполнителя.
Применение волокнистых и нановолокнистых модификаторов в количестве от 0,1 до 15 % от массы порошка неорганического наполнителя для обеспечения создания максимального количества путей для передачи тепла вследствие формирования перколяционных кластеров в объеме теплопроводной пасты, что приводит к значительному возрастанию теплопроводности пасты, как изображено на фигуре 1. Увеличение содержания волокнистого и нановолокнистого модификаторов более 15 % приводит к потере механических свойств и невозможности применения для сопряжения теплонапряженных поверхностей.
Для подтверждения возможности реализации изобретения и достижения заявленного технического результата рассмотрим примеры его осуществления, основные данные которых представлены в таблице на фигуре 2.
Пример 1
Теплопроводная паста, состоящая из неорганического наполнителя в виде частиц нитрида алюминия, составляющих 77 % по массе, и связующего полидиметилсилоксана, имела теплопроводность не выше 1,09 Вт/(м⋅К).
Пример 2
Теплопроводная паста, содержащая 75 % по массе наполнителя, состоящего из частиц нитрида алюминия и 15 % волокон кремния, остальное – связующее (полидиметилсилоксан), имела теплопроводность не ниже 2,5 Вт/(м⋅К).
Пример 3
Теплопроводная паста, состоящая из неорганического теплопроводящего наполнителя 50 % по массе в виде частиц нитрида алюминия и графита (1:1 по массе) и многостенных углеродных нанотрубок в количестве 15 % от массы всех частиц, имела теплопроводность более 6,0 Вт/(м⋅К).
Пример 4
Теплопроводная паста, состоящая из неорганического теплопроводного наполнителя, составляющего 80% по массе в виде карбида кремния и 7 % от массы всех частиц волокон кремния, остальное – связующее (полидиметилсилоксан), имела теплопроводность не менее 4,9 Вт/(м⋅К).
Таким образом, применение волокнистого и нановолокнистого модификатора в количестве от 0,1 до 15 % от массы порошка неорганического наполнителя резко повышают теплофизические характеристики теплопроводной пасты вплоть до 600 %.
Claims (2)
1. Полимерная композиционная теплопроводная паста для сопряжения теплонапряженных устройств и деталей, содержащая неорганический наполнитель и органический полидиметилсилоксан в качестве связующего, отличающаяся тем, что в качестве неорганического наполнителя используется один или несколько материалов, выбранных из графита, нитрида алюминия и карбида кремния, а также паста содержит волокнистый или нановолокнистый модификатор, выбранный из углеродных нанотрубок или волокнистого кремния, в количестве от 0,1 до 15 % от массы порошка неорганического наполнителя.
2. Паста по п.1, отличающаяся тем, что в качестве неорганического наполнителя используется один или несколько материалов с теплопроводностью не менее чем в 100 раз больше, чем теплопроводность связующего.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019144096A RU2757253C2 (ru) | 2019-12-26 | 2019-12-26 | Полимерная композиционная теплопроводная паста с нановолокнистым модификатором |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019144096A RU2757253C2 (ru) | 2019-12-26 | 2019-12-26 | Полимерная композиционная теплопроводная паста с нановолокнистым модификатором |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2019144096A RU2019144096A (ru) | 2021-06-28 |
RU2019144096A3 RU2019144096A3 (ru) | 2021-06-28 |
RU2757253C2 true RU2757253C2 (ru) | 2021-10-12 |
Family
ID=76742255
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019144096A RU2757253C2 (ru) | 2019-12-26 | 2019-12-26 | Полимерная композиционная теплопроводная паста с нановолокнистым модификатором |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2757253C2 (ru) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0823451A1 (en) * | 1996-08-09 | 1998-02-11 | Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. | Thermally conductive silicone composition, thermally conductive materials and thermally conductive silicone grease |
US20140240928A1 (en) * | 2011-10-07 | 2014-08-28 | 3M Innoovative Properties Company | Thermal grease having low thermal resistance |
RU2614334C1 (ru) * | 2015-11-10 | 2017-03-24 | Акционерное общество "Авиаавтоматика" имени В.В. Тарасова" | Полимерный теплопроводящий композиционный материал |
RU2651035C1 (ru) * | 2016-12-15 | 2018-04-18 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина | Теплопроводящая паста |
RU2672247C2 (ru) * | 2014-09-22 | 2018-11-13 | Дау Глоубл Текнолоджиз Ллк | Теплопроводная паста на основе сверхразветвленной олефиновой текучей среды |
-
2019
- 2019-12-26 RU RU2019144096A patent/RU2757253C2/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0823451A1 (en) * | 1996-08-09 | 1998-02-11 | Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. | Thermally conductive silicone composition, thermally conductive materials and thermally conductive silicone grease |
US20140240928A1 (en) * | 2011-10-07 | 2014-08-28 | 3M Innoovative Properties Company | Thermal grease having low thermal resistance |
RU2672247C2 (ru) * | 2014-09-22 | 2018-11-13 | Дау Глоубл Текнолоджиз Ллк | Теплопроводная паста на основе сверхразветвленной олефиновой текучей среды |
RU2614334C1 (ru) * | 2015-11-10 | 2017-03-24 | Акционерное общество "Авиаавтоматика" имени В.В. Тарасова" | Полимерный теплопроводящий композиционный материал |
RU2651035C1 (ru) * | 2016-12-15 | 2018-04-18 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина | Теплопроводящая паста |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2019144096A (ru) | 2021-06-28 |
RU2019144096A3 (ru) | 2021-06-28 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Cui et al. | Mechanical, thermal and electromagnetic properties of nanographite platelets modified cementitious composites | |
CN109467931B (zh) | 一种基于纳米液态金属的柔性介电弹性体复合材料及其制备方法 | |
JP6574967B2 (ja) | シリコーン組成物 | |
WO2018164123A1 (ja) | 粗大粒子を含まない窒化アルミニウム粉末 | |
JPH11209618A (ja) | 熱伝導性シリコーンゴム組成物 | |
EP3708613B1 (en) | Thermally conductive silicone grease composition | |
KR20210121023A (ko) | 필러 조성물, 실리콘 수지 조성물 및 방열 부품 | |
TW201337971A (zh) | 電磁波吸收性導熱片及電磁波吸收性導熱片之製造方法 | |
CN108368418B (zh) | 二维热传导材料及其用途 | |
CN109093108A (zh) | 高定向石墨烯-碳纳米管混合铜基复合材料及其制备方法 | |
CN112646552A (zh) | 一种高效导热硅脂及其制备方法 | |
EP2962993B1 (en) | Method for producing liquid dispersion of ceramic microparticles | |
RU2757253C2 (ru) | Полимерная композиционная теплопроводная паста с нановолокнистым модификатором | |
RU2651035C1 (ru) | Теплопроводящая паста | |
Ali et al. | Thermal and mechanical properties of epoxy resin functionalized copper and graphene hybrids using in-situ polymerization method | |
JP2010189214A (ja) | セラミックス焼結体およびその製造方法 | |
CN108148558A (zh) | 一种含石墨烯的导热凝胶及其制备方法和应用 | |
JP6380791B2 (ja) | マイクロサイズ銀粒子を用いた接合方法 | |
JPH05213611A (ja) | 黒鉛質粉体および黒鉛粉体の親水化処理方法 | |
Crimp et al. | Suspension properties of hexagonal BN powders: effect of pH and oxygen content | |
CN115073067A (zh) | 一种高导热材料及其制备方法 | |
JP2008031295A (ja) | 熱伝導性ペースト | |
JP2002121292A (ja) | 液体金属架橋粒子クラスターによる熱伝導性化合物の製法 | |
RU2767031C1 (ru) | Теплопроводная паста для сопряжения теплонапряженных устройств и деталей | |
JP6406546B2 (ja) | 接合方法 |