本發(fā)明涉及導熱界面材料
技術領域：
，特別涉及一種導熱硅凝膠及其制備方法。
背景技術：
：目前，廣泛應用于電子電器產品的硅脂、硅膏、導熱泥等導熱界面材料，在使用中是填充于需冷卻的電子元器件與散熱器或殼體之間，與需冷卻的電子元器件及散熱器或殼體緊密接觸的，以快速且有效地完成導熱過程、降低電子元器件的溫度，延長電子元器件的使用壽命、提高電子元器件的可靠性。因此，這類導熱界面材料通常具備高導熱率、低界面熱阻、耐高低溫性、耐氣候、耐輻射、及優(yōu)越的介電性能等優(yōu)點。但是，目前市面上普遍用于散熱的硅脂、硅膏、及導熱泥均為不固化的產品，在高溫下長期使用會出現(xiàn)變干的問題，導致其與需冷卻的電子元器件及散熱器或殼體的接觸緊密度大大降低，導熱效率嚴重下降，甚至失效。技術實現(xiàn)要素：本發(fā)明的主要目的是提供一種導熱硅凝膠，旨在獲得較目前市面上普遍使用的硅脂、硅膏、及導熱泥穩(wěn)定性更高的導熱界面材料，解決目前市面上普遍使用的硅脂、硅膏、及導熱泥在高溫下長期使用會變干的問題，進而保證導熱界面材料長期使用的導熱效率。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出的導熱硅凝膠的組分按重量份數(shù)計包括：基礎聚合物100份；交聯(lián)劑0.1-10份；填料500-1800份；硅烷偶聯(lián)劑0.1-15份?？蛇x地，所述基礎聚合物包括端乙烯基聚二甲基硅氧烷和/或乙烯基聚甲基乙烯基硅氧烷，所述基礎聚合物中乙烯基的質量百分含量范圍為2-10％，所述基礎聚合物25℃的動力粘度范圍為100-1000mPa·s?？蛇x地，所述交聯(lián)劑包括甲基含氫聚硅氧烷和/或端含氫聚硅氧烷；其中，甲基含氫聚硅氧烷的含氫量范圍為0.05-0.36％，端含氫聚硅氧烷的含氫量范圍為0.02-0.1％?？蛇x地，所述填料包括金屬氧化物、金屬氮化物、石墨烯、碳納米管、及白炭黑中的至少一種?？蛇x地，所述金屬氧化物包括氧化鋁、氧化鋅、及氧化鎂中的至少一種，所述金屬氮化物包括氮化鋁、氮化硼、及氮化硅中的至少一種，所述石墨烯包括單層石墨烯、雙層石墨烯、及少層石墨烯中的至少一種，所述白炭黑包括親水性氣相白炭黑、疏水性氣相白炭黑、及沉淀白炭黑中的至少一種?？蛇x地，所述硅烷偶聯(lián)劑包括乙烯基硅烷偶聯(lián)劑和/或環(huán)氧基硅烷偶聯(lián)劑；所述硅烷偶聯(lián)劑包括(3-環(huán)氧丙氧丙基)三甲氧基硅烷、(3-環(huán)氧丙氧丙基)三乙氧基硅烷、2-(3,4-環(huán)氧環(huán)己基)乙基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、(3-丙烯酰氧丙基)三甲氧基硅烷、(3-甲基丙烯酰氧丙基)三乙氧基硅烷、(3-甲基丙烯酰氧丙基)三異丙氧基硅烷、及雙(三乙氧硅基)乙烯中的至少一種?？蛇x地，所述導熱硅凝膠的組分還包括抑制劑、催化劑、及增塑劑，所述抑制劑與所述基礎聚合物的重量比為1～100:10000，所述催化劑與所述基礎聚合物的重量比為1～50:1000，所述增塑劑與所述基礎聚合物的重量比為0～1:50?？蛇x地，所述抑制劑為硅氫化反應抑制劑，所述催化劑為硅氫化反應催化劑；所述增塑劑包括聚二甲基硅氧烷和/或MDT型聚甲基硅氧烷，所述增塑劑25℃的動力粘度范圍為100-1000mPa·s。本發(fā)明還提出一種如上述的導熱硅凝膠的制備方法，所述制備方法包括以下步驟：將基礎聚合物、填料、硅烷偶聯(lián)劑進行混合，真空條件下加熱至120-160℃脫水1-3h，得到基料；將所述基料冷卻至室溫，向所述基料中加入交聯(lián)劑，真空條件下攪拌均勻后，在80-150℃真空條件下保持30-60min?？蛇x地，所述將基礎聚合物、填料、硅烷偶聯(lián)劑進行混合的步驟中還加入有增塑劑；所述向所述基料中加入交聯(lián)劑的步驟之前還包括向所述基料中加入抑制劑，所述向所述基料中加入交聯(lián)劑的步驟之后還包括向所述基料中加入催化劑。本發(fā)明技術方案提供的導熱硅凝膠為單組份、已固化、低交聯(lián)密度的導熱界面材料，具有制備、儲存、及使用簡單、方便、且穩(wěn)定的特點，用于填充于需冷卻的電子元器件與散熱器或殼體之間、與需冷卻的電子元器件及散熱器或殼體緊密接觸，以更加良好地實現(xiàn)導熱功能。并且，相比傳統(tǒng)的硅脂、硅膏、導熱泥等導熱界面材料，本發(fā)明導熱硅凝膠由于其揮發(fā)分更低、油離度更低，可使得其穩(wěn)定性更加優(yōu)異，耐久性更加突出，從而使得導熱硅凝膠長期使用時穩(wěn)定性更好、導熱效果更加良好，進而解決傳統(tǒng)的硅脂、硅膏、導熱泥等導熱界面材料長時間使用后變干而導致其導熱效率嚴重下降的問題，保證導熱界面材料長期使用的導熱效率。具體實施方式下面將對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。另外，各個實施例之間的技術方案可以相互結合，但是必須是以本領域普通技術人員能夠實現(xiàn)為基礎，當技術方案的結合出現(xiàn)相互矛盾或無法實現(xiàn)時應當認為這種技術方案的結合不存在，也不在本發(fā)明要求的保護范圍之內。本發(fā)明提出一種導熱硅凝膠。該導熱硅凝膠的組分按重量份數(shù)計包括：基礎聚合物100份；交聯(lián)劑0.1-10份；填料500-1800份；硅烷偶聯(lián)劑0.1-15份。優(yōu)選地，所述基礎聚合物包括端乙烯基聚二甲基硅氧烷和/或乙烯基聚甲基乙烯基硅氧烷，所述基礎聚合物中乙烯基的質量百分含量范圍為2-10％，所述基礎聚合物25℃的動力粘度范圍為100-1000mPa·s。本發(fā)明導熱硅凝膠組分中的基礎聚合物為高乙烯基含量的乙烯基聚甲基乙烯基硅氧烷，其結構式為：(其中Me代表甲基，Vi代表乙烯基，R代表甲基或乙烯基，m和n代表聚合度)，其乙烯基質量百分含量為2-10％，較選用常規(guī)乙烯基含量的乙烯基聚甲基乙烯基硅氧烷或乙烯基聚甲基硅氧烷而言，可更加容易得到低交聯(lián)密度的導熱硅凝膠。并且，大量未參與硅氫加成反應的乙烯基基團還可使得導熱硅凝膠獲得更加優(yōu)良的可塑性及粘附性。優(yōu)選地，所述交聯(lián)劑包括甲基含氫聚硅氧烷和/或端含氫聚硅氧烷；其中，甲基含氫聚硅氧烷的含氫量范圍為0.05-0.36％，端含氫聚硅氧烷的含氫量范圍為0.02-0.1％。優(yōu)選地，所述填料包括金屬氧化物、金屬氮化物、石墨烯、碳納米管、及白炭黑中的至少一種。優(yōu)選地，所述金屬氧化物包括氧化鋁、氧化鋅、及氧化鎂中的至少一種，所述金屬氮化物包括氮化鋁、氮化硼、及氮化硅中的至少一種，所述石墨烯包括單層石墨烯、雙層石墨烯、及少層石墨烯中的至少一種，所述白炭黑包括親水性氣相白炭黑、疏水性氣相白炭黑、及沉淀白炭黑中的至少一種。本發(fā)明導熱硅凝膠中所采用的填料可為多種導熱填料復配而得到的非單一填料，以使得導熱硅凝膠的性能得以進一步提升。其中，金屬氧化物及金屬氮化物為導熱絕緣性填料，石墨烯及碳納米管的少量添加不僅可大幅減少金屬氧化物及金屬氮化物的用量，還能夠使得導熱硅凝膠的導熱網(wǎng)絡明顯增強、導熱能力明顯提高，而白炭黑的少量添加則可使得導熱硅凝膠中未完全參與反應的“油”被“束縛”住，從而使其穩(wěn)定性得以提高。需要說明的是，石墨烯可采用石墨烯粉末，以利于其在其他組分中分散，進而提高導熱硅凝膠的均勻性及整體性能。優(yōu)選地，所述硅烷偶聯(lián)劑包括乙烯基硅烷偶聯(lián)劑和/或環(huán)氧基硅烷偶聯(lián)劑；所述硅烷偶聯(lián)劑包括(3-環(huán)氧丙氧丙基)三甲氧基硅烷、(3-環(huán)氧丙氧丙基)三乙氧基硅烷、2-(3,4-環(huán)氧環(huán)己基)乙基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、(3-丙烯酰氧丙基)三甲氧基硅烷、(3-甲基丙烯酰氧丙基)三乙氧基硅烷、(3-甲基丙烯酰氧丙基)三異丙氧基硅烷、及雙(三乙氧硅基)乙烯中的至少一種。本發(fā)明導熱硅凝膠組分中硅烷偶聯(lián)劑的添加，可使得硅烷偶聯(lián)劑一端與填料表面的羥基發(fā)生反應，而另一端則與交聯(lián)劑進行反應，從而使得有機相與無機相具有良好的相容性。并且，硅烷偶聯(lián)劑的添加還可以使得填料被束縛在“半固化”后的硅膠網(wǎng)絡結構中，從而使得制備得到的導熱硅凝膠的揮發(fā)分、油離度得以有效降低，進而獲得優(yōu)良的穩(wěn)定性，避免導熱硅凝膠長時間使用后變干問題的出現(xiàn)，保證導熱硅凝膠長期使用的導熱效率。優(yōu)選地，所述導熱硅凝膠的組分還包括抑制劑，所述抑制劑與所述基礎聚合物的重量比為1～100:10000，所述抑制劑為硅氫化反應抑制劑。其中，所述抑制劑包括乙炔環(huán)己醇、二甲基己炔醇、二甲基亞砜、苯肼、亞磷酸三苯酯、2-乙烯基異戊醇中、四乙烯基環(huán)四硅氧烷、及3-甲基-1-丁炔-3-醇中的至少一種。本發(fā)明導熱硅凝膠組分中抑制劑的加入，可起到阻滯或降低導熱硅凝膠中各組分間化學反應速度的作用，從而有效避免導熱硅凝膠中局部反應程度過高而導致導熱硅凝膠的均勻性及整體性能下降的問題，以進一步提高導熱硅凝膠的均勻性、穩(wěn)定性、及整體性能。優(yōu)選地，所述導熱硅凝膠的組分還包括催化劑，所述催化劑與所述基礎聚合物的重量比為1～50:1000，所述催化劑為硅氫化反應催化劑；其中，所述催化劑為鉑金催化劑，所述催化劑的濃度范圍為1000-5000ppm。優(yōu)選地，所述導熱硅凝膠的組分還包括增塑劑，所述增塑劑與所述基礎聚合物的重量比為0～1:50，所述增塑劑包括聚二甲基硅氧烷和/或MDT型聚甲基硅氧烷，所述增塑劑25℃的動力粘度范圍為100-1000mPa·s。本發(fā)明導熱硅凝膠組分中增塑劑的加入，可使得導熱硅凝膠中各組分的柔韌性得以增強、更加易于導熱硅凝膠的加工制備，同時，使得加工制備得到的導熱硅凝膠可獲得更加良好的擠出性能，以利于儲存、及使用。本發(fā)明導熱硅凝膠為單組份、已固化、低交聯(lián)密度的導熱界面材料，具有制備、儲存、及使用簡單、方便、且穩(wěn)定的特點，用于填充于需冷卻的電子元器件與散熱器或殼體之間、與需冷卻的電子元器件及散熱器或殼體緊密接觸，以更加良好地實現(xiàn)導熱功能。相比傳統(tǒng)的硅脂、硅膏、導熱泥等導熱界面材料，本發(fā)明導熱硅凝膠由于其揮發(fā)分更低、油離度更低，可使得其穩(wěn)定性更加優(yōu)異，耐久性更加突出，從而使得導熱硅凝膠長期使用時穩(wěn)定性更好、導熱效果更加良好，進而解決傳統(tǒng)的硅脂、硅膏、導熱泥等導熱界面材料長時間使用后變干而導致其導熱效率嚴重下降的問題，保證導熱界面材料長期使用的導熱效率。此外，導熱硅凝膠獲得更加長久的使用壽命，可保證其連續(xù)工作性能，降低導熱硅凝膠的更換頻率，提高應用了該導熱硅凝膠的相關設備或產品的用戶體驗。相比傳統(tǒng)的導熱硅膠片，本發(fā)明導熱硅凝膠由于其交聯(lián)密度較低，可使其具備更加優(yōu)良的可塑性及粘附力，易做到與不規(guī)則的散熱器表面或腔體相匹配、消除空氣間隙，降低接觸熱阻，從而增強該導熱硅凝膠的熱傳導能力，提高其散熱效率，使得電子元器件能夠在相對更低的溫度下工作，進而延長電子元器件的使用壽命、提高其可靠性。需要說明的是，通過調整基礎聚合物與填料用量及甲基含氫聚硅氧烷與端含氫聚硅氧烷的比例，可得到交聯(lián)密度、導熱系數(shù)、擠出速率等綜合性能不同的導熱硅凝膠。本發(fā)明還提出一種如前述的導熱硅凝膠的制備方法，所述制備方法包括以下步驟：將基礎聚合物、填料、硅烷偶聯(lián)劑、及增塑劑進行混合，得到混合物；在真空條件下將所述混合物加熱至120-160℃脫水1-3h，得到基料；將所述基料冷卻至室溫；依次向所述基料中加入抑制劑、交聯(lián)劑、催化劑，并真空條件下攪拌均勻；在80-150℃真空條件下保持30-60min，即得到本發(fā)明導熱硅凝膠。本發(fā)明導熱硅凝膠的制備方法中真空條件的選取，可使得導熱硅凝膠的制備過程中的如水等小分子成分能夠更加易于從組分中去除，以進一步提高制備得到的導熱硅凝膠的穩(wěn)定性。此外，本發(fā)明導熱硅凝膠的制備方法，可解決現(xiàn)有導熱硅凝膠制備方法中容易存在的擠出性能與高導熱性能無法同時達到理想狀態(tài)的問題，制備得到擠出性能優(yōu)異、導熱性能優(yōu)異、穩(wěn)定性優(yōu)異的導熱硅凝膠。以下通過具體實施例對本發(fā)明導熱硅凝膠及其制備方法進行具體說明。實施例1將100份25℃時的動力粘度為100mPa·s、乙烯基百分含量為5％的基礎聚合物乙烯基聚甲基乙烯基硅氧烷，850份氧化鋁，250份氧化鋅，28份單層石墨烯粉末，0.2份25℃時的動力粘度為500mPa·s的聚二甲基硅氧烷，2份(3-丙烯酰氧丙基)三甲氧基硅烷加入捏合機中混合后，在真空條件下加熱至130℃脫水3h，得到基料；將上述步驟制備的基料冷卻至室溫，依次向其中加入0.01份二甲基己炔醇，1份含氫量為0.10％甲基含氫聚硅氧烷，10份含氫量為0.10％的端含氫聚硅氧烷，0.1份濃度為2000ppm的鉑金催化劑，真空攪拌均勻后，至150℃真空條件下保持30min，即得導熱硅凝膠。實施例2將100份25℃時的動力粘度為400mPa·s、乙烯基百分含量為2％的基礎聚合物乙烯基聚甲基乙烯基硅氧烷，700份氧化鋁，150份氧化鋅，16份多層石墨烯粉末，1份親水性氣相白炭黑，0.5份25℃時的動力粘度為400mPa·s的MDT型聚硅氧烷，10份(3-環(huán)氧丙氧丙基)三甲氧基硅烷加入捏合機中混合后，在真空條件下加熱至150℃脫水2h，得到基料；將上述步驟制備的基料冷卻至室溫，依次向其中加入0.05份乙炔環(huán)己醇，3份含氫量為0.18％甲基含氫聚硅氧烷，3份含氫量為0.08％的端含氫聚硅氧烷，2份濃度為2000ppm的鉑金催化劑，真空攪拌均勻后，至100℃真空條件下保持40min，即得導熱硅凝膠。實施例3將100份25℃時的動力粘度為450mPa·s、乙烯基百分含量為7％的基礎聚合物乙烯基聚甲基乙烯基硅氧烷，750份氧化鋁，150份氧化鋅，2份疏水性氣相白炭黑，2份25℃時的動力粘度為1000mPa·s的聚二甲基硅氧烷，5份甲氧基硅烷雙(三乙氧硅基)乙烯加入捏合機中混合后，在真空條件下加熱至120℃脫水3h，得到基料；將上述步驟制備的基料冷卻至室溫，依次向其中加入0.05份二甲基亞砜，5份含氫量為0.10％甲基含氫聚硅氧烷，5份含氫量為0.05％的端含氫聚硅氧烷，4份濃度為2000ppm的鉑金催化劑，真空攪拌均勻后，至100℃真空條件下保持40min，即得導熱硅凝膠。需要說明的是，對實施例1-3制備得到的導熱硅凝膠進行外觀、揮發(fā)分、油離度、擠出性及導熱系數(shù)的測試，測試數(shù)據(jù)見表1。其中，外觀、揮發(fā)分、油離度、擠出性及導熱系數(shù)的測試標準分別為目測、HG/T2502-93、HG/T2502-93、GB13477.4-2002、ASTMD5470。由實施例1-3可以看出：通過調整各種成分的比例及用量可得到綜合性能不同的硅凝膠產品。并且，實施例1-3得到的導熱硅凝膠均為白色或灰色膏狀物，揮發(fā)分均低于0.30％，油離度均低于0.10％，擠出性范圍為15-34g/min，導熱系數(shù)在3.0-3.9W/(m·K)之間。就目前市面上普遍使用的硅脂揮發(fā)分需＜2％、油離度需＜6％的普通標準而言，本發(fā)明導熱硅凝膠的揮發(fā)分均低于0.30％(遠小于2％)，油離度均低于0.10％(遠小于6％)，即本發(fā)明導熱硅凝膠相較目前市面上普遍使用的硅脂、硅膏、導熱泥等導熱界面材料具有更低的揮發(fā)分，更低的油離度，因而其性能更穩(wěn)定、耐久性更強，進而可保證本發(fā)明導熱硅凝膠作為導熱界面材料長期使用的導熱效率。此外，本發(fā)明導熱硅凝膠的導熱系數(shù)在3.0-3.9W/(m·K)之間，滿足導熱系數(shù)≥3W/(m·K)的高導熱系數(shù)標準，因而可更加快速且有效地實現(xiàn)導熱功能、保護電子元器件。表1各實施例導熱硅凝膠性能測試結果表測試項目實施例1實施例2實施例3外觀灰色膏狀灰色膏狀白色膏狀揮發(fā)分(％，200℃，24h)0.150.230.25油離度(％，200℃，24h)0.060.080.08擠出性(g/min)152934導熱系數(shù)(W/(m·K))3.93.33.0以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是在本發(fā)明的發(fā)明構思下，利用本發(fā)明說明書內容所作的等效結構變換，或直接/間接運用在其他相關的
技術領域：
均包括在本發(fā)明的專利保護范圍內。當前第1頁1 2 3