專利名稱：混合填充型導熱硅橡膠復合材料及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種高導熱復合材料的制備方法，具體地說是采用兩種不同種類的填料對硅橡膠生膠進行混合填充，從而獲得一種高導熱硅橡膠復合材料的制備方法，屬于導熱高分子復合材料技術領域。
背景技術：
用無機填料對聚合物填充得到的材料有較好的導熱性能，且價格低廉、易加工成型，經(jīng)過適當工藝處理可以應用于某些特殊領域，近年來得到了廣泛重視和研究。其中，導熱絕緣橡膠在電子電器元器件領域有著不可替代的作用，用于密封、減震和散熱， 順應了電子產(chǎn)品微型化發(fā)展的趨勢。目前國內外生產(chǎn)和銷售導熱硅橡膠的公司很多，產(chǎn)品的熱導率一般都可達到0. 5ff/(m · K)以上，使用溫度范圍為-50 250°C，體積電阻率 ^ 1.0Χ1013Ω · cm，基本能滿足大功率電子器件的灌封要求。但國內產(chǎn)品在耐老化性、耐高溫性、散熱性等方面與國外產(chǎn)品仍然存在一定的差距，所用產(chǎn)品多為進口。對填充型導熱高分子，熱導率取決于高分子和導熱填料之間的作用。分散于樹脂中的導熱填料，有粒狀、片狀、球形、纖維等形狀。填料用量較小時，填料雖均勻分散于樹脂中，但彼此間未能形成相互接觸和相互作用，導熱性提高不大；填料用量提高到某一臨界值時，填料間形成接觸和相互作用，體系內形成了類似網(wǎng)狀或鏈狀結構形態(tài)，即形成導熱網(wǎng)鏈。因此，為獲得高導熱高分子材料，在體系內部最大程度上形成熱流方向上的導熱網(wǎng)鏈， 有效地強化傳熱是提高材料熱導率的核心所在。要提高導熱硅橡膠的熱導率，可通過以下幾個途徑實現(xiàn)，包括對填料進行表面處理，采用新型的高導熱填料，改善加工工藝以及將不同的填料混合填充等。趙紅振等采用 20 μ m、3 μ m、0. 5 μ m三種不同粒徑的Al2O3混合填充硅橡膠，發(fā)現(xiàn)當配比為15 30 10時， 熱導率可達到1. 23ff/(m · K)，大于單一粒徑填充時的熱導率。這是因為不同粒徑的粒子堆積時比單一粒子的堆積更緊密，相互接觸點更多，可形成更好的導熱通路，參見趙紅振，齊暑華，周文英，氧化鋁粒子對導熱硅橡膠性能的影響，特種橡膠制品，2007 ；28(5) :19-21。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種混合填充型導熱硅橡膠復合材料及其制備方法，通過采用不同粒徑的SiC和AlN粉體混合填充，得到了導熱性能優(yōu)異的導熱硅橡膠復合材料，可以解決現(xiàn)有導熱硅橡膠材料的導熱系數(shù)普遍較小的問題。本發(fā)明提供的混合填充型導熱硅橡膠復合材料，其原料的質量份組成硅橡膠生膠 100份白炭黑10份/100份生膠
羥基硅油1~3份/100份生膠
導熱填料100~200份/100份生膠
硅烷偶聯(lián)劑 2份/100份填料雙-2,5硫化劑 2份/100份生膠。所述硅橡膠是甲基乙烯基硅橡膠生膠，其中，乙烯基摩爾分數(shù)為0. 07% 1. 1%。所述硅烷偶聯(lián)劑是Y-氨丙基三乙氧基硅烷或乙烯基三乙氧基硅烷。所述白炭黑是沉淀法白炭黑。所述硫化劑是2，5- 二甲基-2，5- 二叔丁基過氧化己烷。所述導熱填料是SiC和AlN的混合粉體，SiC和AlN的質量比為3 1 5 1 ； 其中SiC粉體的平均粒徑是10 50 μ m, AlN粉體的平均粒徑是1 5 μ m。所述混合填充型導熱硅橡膠復合材料的導熱系數(shù)為2_4W/(m · K)。本發(fā)明提供的混合填充型導熱硅橡膠復合材料的制備工藝包括如下步驟1)將100質量份的甲基乙烯基硅橡膠生膠加到雙輥開煉機的輥筒上，包輥后先加入10質量份的沉淀法白炭黑，然后加入1 3質量份的羥基硅油，接著加入100 200質量份的填料和占填料質量2%的硅烷偶聯(lián)劑，反復混煉至均勻，最后加入2質量份的雙-2，5 硫化劑，繼續(xù)混煉均勻，即得硅橡膠混煉膠；2)將混煉好的硅橡膠放入模具中，冷壓充模后，將模具置于平板硫化機上進行一段硫化，硫化溫度為160°C 士5°C，壓力為IOMPa士2MPa，硫化時間為10 15min，采用模壓法硫化成型；3) 一段硫化成型后放在鼓風干燥箱中進行二段硫化，硫化溫度為200°C，保溫時間為2h，之后取出，即得導熱硅橡膠復合材料。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明采用兩種不同種類且粒徑也不相同的導熱填料對硅橡膠生膠進行混合填充，大小粒徑的粉體比單一粒子在橡膠基體內堆積更緊密，更易形成有效的導熱通路，從而提高導熱性能。另外，不同種類的填料混合填充也對復合材料的導熱性能的改善起到了協(xié)同作用，可獲得比單一填充方式更高的導熱系數(shù)。
具體實施例方式下面參照實施對本發(fā)明進行說明。實施例1 將100質量份乙烯基摩爾分數(shù)為0. 13% 0. 22%的甲基乙烯基硅橡膠生膠加到雙輥開煉機的輥筒上，包輥后先加入10質量份的沉淀法白炭黑，然后加入2質量份的羥基硅油，接著加入100質量份的填料和約占填料質量2 %的γ -氨丙基三乙氧基硅烷，導熱填料是SiC和AlN的混合粉體，其中SiC粉體的平均粒徑是10 μ m, AlN粉體的平均粒徑是 1 μ m，SiC和AlN的質量比為3 1。反復混煉至均勻，最后加入2質量份的雙-2，5硫化劑，繼續(xù)混煉均勻，即得硅橡膠混煉膠。將混煉好的硅橡膠放入模具中，冷壓充模后，將模具置于平板硫化機上進行一段硫化，硫化溫度為160°C，壓力為lOMPa，硫化時間為12min，采用模壓法硫化成型；
一段硫化成型后放在鼓風干燥箱中進行二段硫化，硫化溫度為200°C，保溫時間為 2h，之后取出，即得導熱硅橡膠復合材料。利用PPMS-9T型物理性能測試系統(tǒng)對所制備導熱硅橡膠進行導熱系數(shù)測定，測得導熱系數(shù)為2. 2W/(m.K)。實施例2 將100質量份乙烯基摩爾分數(shù)為0. 13% 0. 22%的甲基乙烯基硅橡膠生膠加到雙輥開煉機的輥筒上，包輥后先加入10質量份的沉淀法白炭黑，然后加入2質量份的羥基硅油，接著加入200質量份的填料和約占填料質量2 %的γ -氨丙基三乙氧基硅烷，導熱填料是SiC和AlN的混合粉體，其中SiC粉體的平均粒徑是10 μ m, AlN粉體的平均粒徑是 1 μ m，SiC和AlN的質量比為3 1。反復混煉至均勻，最后加入2質量份的雙-2，5硫化劑，繼續(xù)混煉均勻，即得硅橡膠混煉膠；將混煉好的硅橡膠放入模具中，冷壓充模后，將模具置于平板硫化機上進行一段硫化，硫化溫度為163°C，壓力為lOMPa，硫化時間為12min，采用模壓法硫化成型；一段硫化成型后放在鼓風干燥箱中進行二段硫化，硫化溫度為200°C，保溫時間為 2h，之后取出，即得導熱硅橡膠復合材料。利用PPMS-9T型物理性能測試系統(tǒng)對所制備導熱硅橡膠進行導熱系數(shù)測定，測得導熱系數(shù)為3. 5W/(m.K)。實施例3 將100質量份乙烯基摩爾分數(shù)為0. 13% 0. 22%的甲基乙烯基硅橡膠塵膠加到雙輥開煉機的輥筒上，包輥后先加入10質量份的沉淀法白炭黑，然后加入2質量份的羥基硅油，接著加入200質量份的填料和約占填料質量2%的乙烯基三乙氧基硅烷，導熱填料是 SiC和AlN的混合粉體，其中SiC粉體的平均粒徑是10 μ m, AlN粉體的平均粒徑是1 μ m， SiC和AlN的質量比為3 1。反復混煉至均勻，最后加入2質量份的雙_2，5硫化劑，繼續(xù)混煉均勻，即得硅橡膠混煉膠；將混煉好的硅橡膠放入模具中，冷壓充模后，將模具置于平板硫化機上進行一段硫化，硫化溫度為162°C，壓力為lOMPa，硫化時間為12min，采用模壓法硫化成型；一段硫化成型后放在鼓風干燥箱中進行二段硫化，硫化溫度為200°C，保溫時間為 2h，之后取出，即得導熱硅橡膠復合材料。利用PPMS-9T型物理性能測試系統(tǒng)對所制備導熱硅橡膠進行導熱系數(shù)測定，測得導熱系數(shù)為3. 6W/(m.K)。
權利要求
1.一種混合填充型導熱硅橡膠復合材料，其特征在于它的原料的質量份組成硅橡膠生膠 100份白炭黑10份/100份生膠羥基硅油1~3份/100份生膠導熱填料100~200份/100份生膠硅烷偶聯(lián)劑 2份/100份填料雙-2,5硫化劑 2份/100份生膠。
2.如權利要求1所述的復合材料，其特征在于所述的硅橡膠生膠是甲基乙烯基硅橡膠，其中，乙烯基摩爾分數(shù)為0. 07% 1. 1%。
3.如權利要求1所述的復合材料，其特征在于所述的硅烷偶聯(lián)劑是Y-氨丙基三乙氧基硅烷或乙烯基三乙氧基硅烷。
4.如權利要求1所述的復合材料，其特征在于所述的白炭黑是沉淀法白炭黑。
5.如權利要求1所述的復合材料，其特征在于所述的硫化劑是2，5-二甲基-2，5- 二叔丁基過氧化己烷。
6.如權利要求1所述的復合材料，其特征在于所述的導熱填料是SiC和AlN的混合粉體，SiC和AlN的質量比為3 1 5 1。
7.如權利要求6所述的復合材料，其特征在于所述的SiC粉體的平均粒徑是10 50 μ m, AlN粉體的平均粒徑是1 5 μ m。
8.如權利要求1所述的復合材料，其特征在于該混合填充型導熱硅橡膠復合材料的導熱系數(shù)為2 4W/(m*K)。
9.一種混合填充型導熱硅橡膠復合材料的制備工藝，其特征在于包括如下步驟1)將100質量份的硅橡膠生膠加到雙輥開煉機的輥筒上，包輥后先加入10質量份的白炭黑，然后加入1 3質量份的羥基硅油，接著加入100 200質量份的導熱填料和占填料質量2%的硅烷偶聯(lián)劑，反復混煉至均勻，最后加入2質量份的雙-2，5硫化劑，繼續(xù)混煉均勻，即得硅橡膠混煉膠；2)將混煉好的硅橡膠放入模具中，冷壓充模后，將模具置于平板硫化機上進行一段硫化，硫化溫度為160°C +5°C，壓力為IOMPa士2MPa，硫化時間為10 15min，采用模壓法硫化成型；3)一段硫化成型后放在鼓風干燥箱中進行二段硫化，硫化溫度為200°C，保溫時間為 2h，之后取出，即得導熱硅橡膠復合材料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種混合填充型導熱硅橡膠復合材料的制備方法。其原料的質量份組成為硅橡膠生膠100，白炭黑10，羥基硅油1～3，導熱填料100～200，硅烷偶聯(lián)劑2-4，雙-2，5硫化劑2。將硅橡膠生膠加到雙輥開煉機上，包輥后按照配方設計加入白炭黑、導熱填料、硅烷偶聯(lián)劑和羥基硅油，反復混煉均勻后加入過氧化物硫化劑，再混煉均勻，即得硅橡膠混煉膠，然后放入模具中，冷壓充模后進行一段硫化，成型后的樣品放在鼓風干燥箱中進行二段硫化得成品。本發(fā)明采用SiC和AlN混合粒子填充高溫硫化硅橡膠，在硅橡膠基體內形成有效的導熱網(wǎng)鏈，從而得到導熱性能良好的導熱硅橡膠復合材料。
文檔編號C08L83/06GK102220006SQ201110107170
公開日2011年10月19日 申請日期2011年4月28日 優(yōu)先權日2011年4月28日
發(fā)明者萬怡灶, 李群英, 羅紅林, 苗影 申請人:天津大學