一种二氧化硅/石墨烯/石墨复合导热硅脂及其制备方法
【专利说明】一种二氧化硅/石墨烯/石墨复合导热硅脂及其制备方法
[0001]
技术领域
[0002]本发明涉及一种二氧化硅/石墨烯/石墨复合导热硅脂及其制备方法，主要适用于大功率电器封装散热等领域。
[0003]
【背景技术】
[0004]导热硅脂是一种高导热有机硅材料，可在-50~300°C温度下长期保持膏状，广泛应用于高功率电子元器件发热体与散热基座之间，有效地降低了界面接触热阻。随着电子元器件向大功率化、集约化发展，对导热系数高、热稳定性优异、析油值低的高性能导热硅脂需求越来越大。
[0005]石墨烯优异的性能，引起了广大研究者的重视，其优异的导热性能，为制备性能优异的导热材料提供了方向。本发明通过表面改性剂对石墨烯、石墨的表面包覆，再充分利用其导热性能的前提下，提升了绝缘性能。二氧化硅热导率高、热膨胀系数小、介电性能良好，而且来源广泛。通过与石墨烯、石墨复配，可以制备出导热系数高、绝缘性能优异、性价比高、应用广泛的导热硅脂。
[0006]
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于提供一种用于大功率电器封装散热用的，一种二氧化硅/石墨烯/石墨复合导热硅脂。
[0008]本发明提供的一种二氧化硅/石墨烯/石墨复合导热硅脂，该导热硅脂由改性二氧化硅/石墨烯/石墨复配导热填料填充硅油，通过密炼机密炼制成。其中各组分及其质量份数为:硅油20~40份(优选20份)，改性二氧化硅/石墨烯/石墨复配导热填料60~80份(优选70份)，硅烷偶联剂为导热填料体积的3°/『8% (优选5%)，交联剂为二甲基硅油份数的0.1%~1% (优选0.5%)，表面改性剂0.1~1份(优选0.5份)、抗氧剂为0.1~1份(优选0.5份)。
[0009]所述的硅油为:二甲基硅油:甲基苯基硅油:甲基乙氧基硅油=1:1:1，其中二甲基硅油在温度为25°C时粘度为100~1000cps (优选500cps)，甲基苯基硅油在温度为25°C时粘度为50~500cps (优选200cps)，甲基乙氧基硅油在温度为25°C时粘度为100~500cps (优选 300cps)o
[0010]所述的二氧化娃的D50为5~20um (优选10um)。
[0011]所述的石墨烯为通过强酸还原氧化而得的石墨烯。
[0012]所述的石墨的粒径为10~20um (优选15um)。
[0013]所述的偶联剂为γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(ΚΗ570):γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(K560 ) =1:1。
[0014]所述的交联剂按过氧化二异丙苯(DCP)与三烯丙基异氰脲酸酯(TAIC)质量份1:1组合得到。
[0015]所述的表面改性剂为聚乙烯醇溶解于二甲基亚砜所得到的溶液。
[0016]所述的抗氧剂为四[β- (3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(抗氧剂 1010)。
[0017]所述的一种二氧化硅/石墨烯/石墨复合导热硅脂的制备包括以下步骤:
(1)准确称取5~15份(优选10份)的石墨稀、5~15份(优选10份)的石墨，通过高速混合机 1800~3000r/min (优选 2400r/min)、10~20min (优选 15min)混合均勾，待用；
(2)取200份的无水乙醇于反应釜内中，取0.1~1份(优选0.5体积份)的表面改性剂加入到无水乙醇中，恒温60~100°C (优选80°C )，100~300r/min (优选200r/min)搅拌10~20min (优选15min)得乙醇溶液，将(1)中的导热填料加入到乙醇溶液中，超声搅拌l~2h(优选 1.5h)；
(3)再将填料3%~8%(优选5%)的偶联剂加入到反应釜内，恒温60~100°C (优选80°C )，100~300r/min (优选 200r/min)揽摔 10~20min (优选 15min)，加入 40~60 份(优选 50 份)的二氧化硅，超声搅拌l~2h (优选1.5h)，待乙醇蒸发完全，得改性复配导热填料；
(4)将(3)得到的改性导热填料60~80份、20~40份硅油、硅油份数的0.1%~1%交联剂，表面改性剂0.1~1份、抗氧剂为0.1~1份，加入到密炼机内，80 °C、15r/min，100°C、25r/min，120°C、35r/min情况下各密炼40~60min (优选50min)，得到复合导热娃脂。
[0018]本发明充分利用了石墨烯、石墨高导热系数的特性，并通过与二氧化硅复配，既有效地提高了导热系数，又确保其绝缘性能。导热填料经过表面改性剂、偶联剂改性，与硅油相容性好、不团聚、界面接触性好。制备的导热硅脂热稳定性优异，析油值低，长时间使用无干裂、粉化现象。同时，制备工艺简单、周期短，对提升行业产品质量具有重要意义。
[0019]
【具体实施方式】
[0020]以下结合实施例对本发明作进一步说明。
[0021]实施例1:
(1)准确称取5份的石墨稀、5份的石墨，通过高速混合机2400r/min，搅拌15min，混合均匀，待用；
(2)取200份的无水乙醇于反应釜内中，量取0.5份的表面改性剂加入到无水乙醇中，恒温80°C，200r/min搅拌15min得乙醇溶液，将(1)中的导热填料加入到乙醇溶液中，超声搅拌1.5h ；
(3)再将3份的偶联剂加入到反应釜内，恒温80°C、200r/min，搅拌15min，加入60份的二氧化硅，超声搅拌1.5h，待乙醇蒸发完全，得改性复配导热填料；
(4)将(3)得到的改性导热填料、26份硅油、0.2份的交联剂，表面改性剂0.5份、抗氧剂0.5份，加入到密炼机内，80°C、15r/min，100°C、25r/min，120°C、35r/min情况下各密炼50min，得到复合导热娃脂。
[0022]经检测，所制备的导热硅脂的导热系数为5.3 ff/ (m.K)，经过230°C、5000h的连续热处理，结果显示导热硅脂涂层仍保持膏状，热处理后导热系数为5.0ff/ (m.K)，热稳定性好。
[0023]
实施例2:
(1)准确称取10份的石墨稀、10份的石墨，通过高速混合机2400r/min，搅拌15min，混合均匀，待用；
(2)取200份的无水乙醇于反应釜内中，量取0.5份的表面改性剂加入到无水乙醇中，恒温80°C，200r/min搅拌15min得乙醇溶液，将(1)中的导热填料加入到乙醇溶液中，超声搅拌1.5h ；
(3)再将3份的偶联剂加入到反应釜内，恒温80°C、200r/min，搅拌15min，加入50份的二氧化硅，超声搅拌1.5h，待乙醇蒸发完全，得改性复配导热填料；
(4)将(3)得到的改性导热填料、26份硅油、0.2份的交联剂，表面改性剂0.5份、抗氧剂0.5份，加入到密炼机内，80°C、15r/min，100°C、25r/min，120°C、35r/min情况下各密炼50min，得到复合导热娃脂。
[0024]经检测，所制备的导热硅脂的导热系数为5.6ff/ (m.Κ)，经过230°C、5000h的连续热处理，结果显示导热硅脂涂层仍保持膏状，热处理后导热系数为5.3ff/ (m.K)，热稳定性好。
[0025]
实施例3:
(1)准确称取15份的石墨稀、15份的石墨，通过高速混合机2400r/min，搅拌15min，混合均匀，待用；
(2)取200份的无水乙醇于反应釜内中，量取0.5份的表面改性剂加入到无水乙醇中，恒温80°C，200r/min搅拌15min得乙醇溶液，将(1)中的导热填料加入到乙醇溶液中，超声搅拌1.5h ；
(3)再将3份的偶联剂加入到反应釜内，恒温80°C、200r/min，搅拌15min，加入40份的二氧化硅，超声搅拌1.5h，待乙醇蒸发完全，得改性复配导热填料；
(4)将(3)得到的改性导热填料、26份硅油、0.2份的交联剂，表面改性剂0.5份、抗氧剂0.5份，加入到密炼机内，80°C、15r/min，100°C、25r/min，120°C、35r/min情况下各密炼50min，得到复合导热娃脂。
[0026]经检测，所制备的导热硅脂的导热系数为5.1ff/ (m.Κ)，经过230°C、5000h的连续热处理，结果显示导热硅脂涂层仍保持膏状，热处理后导热系数为5.0ff/ (m.K)，热稳定性好。
【主权项】
1.一种二氧化硅/石墨烯/石墨复合导热硅脂，各组分及其质量份数为:硅油20~40份，改性二氧化硅/石墨烯/石墨复配导热填料60~80份，偶联剂为导热填料的3°/『8%，交联剂为二甲基硅油的0.1%~1%，表面改性剂0.1~1份、抗氧剂为0.1~1份。2.根据权利要求1所述的一种二氧化硅/石墨烯/石墨复合导热硅脂，其特征在于:所述硅油为:二甲基硅油:甲基苯基硅油:甲基乙氧基硅油=1:1:1，其中二甲基硅油在温度为25°C时粘度为100~1000cps，甲基苯基硅油在温度为25°C时粘度为50~500cps，甲基乙氧基硅油在温度为25°C时粘度为100~500cps。3.根据权利要求1所述的一种二氧化硅/石墨烯/石墨复合导热硅脂，其特征在于:所述的改性二氧化硅/石墨烯/石墨复配导热填料，其制备包括以下步骤: (1):准确称取5~15份的石墨稀、5~15份的石墨，通过高速混合机1800~3000r/min、10~20min混合均匀，待用；(2):取200份的无水乙醇于反应釜内中，取0.1~1份的表面改性剂加入到无水乙醇中，恒温60~100°C，100~300r/min搅拌10~20min得乙醇溶液，将(1)中的导热填料加入到乙醇溶液中，超声搅拌l~2h ；(3):再将填料3%~8%的偶联剂加入到反应釜内，恒温60~100°C，100~300r/min搅拌10~20min，加入40~60份的二氧化硅，超声搅拌l~2h，待乙醇蒸发完全，得改性复配导热填料。4.根据权利要求1所述的一种二氧化硅/石墨烯/石墨复合导热硅脂，其特征在于:其制备包括以下步骤:改性导热填料60~80份、20~40份硅油、硅油质量0.1%~1%的交联剂，表面改性剂0.1~1份、抗氧剂为0.1~1份，加入到密炼机内，80 °C、15r/min，100°C、25r/min，120°C、35r/min情况下各密炼40~60min，得到复合导热娃脂。5.根据权利要求1所述的一种二氧化硅/石墨烯/石墨复合导热硅脂，其特征在于:所述二氧化娃的D50为5~20um (优选10um)。6.根据权利要求1所述的一种二氧化硅/石墨烯/石墨复合导热硅脂，其特征在于:所述的石墨烯为通过气相沉积法(CVD)制备的石墨烯。7.根据权利要求1所述的一种二氧化硅/石墨烯/石墨复合导热硅脂，其特征在于:所述的石墨的粒径为10~20um (优选15um)。8.根根据权利要求1所述的一种二氧化硅/石墨烯/石墨复合导热硅脂，其特征在于:所述的偶联剂为γ -甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(ΚΗ570):γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(腿560)=1:1。9.根据权利要求1所述的一种二氧化硅/石墨烯/石墨复合导热硅脂，其特征在于:所述的交联剂为过氧化二异丙苯(DCP)。10.根据权利要求1所述的一种二氧化硅/石墨烯/石墨复合导热硅脂，其特征在于:所述的表面改性剂为聚乙烯醇溶解于二甲基亚砜所得到的溶液。
【专利摘要】本发明公开了一种二氧化硅/石墨烯/石墨复合导热硅脂及其制备方法。是由硅油、二氧化硅、石墨烯、石墨、偶联剂、交联剂、表面改性剂、抗氧剂混合后经密炼机搅拌均匀得到的产品。该导热硅脂能有效地降低大功率电器节点与散热装置的界面接触热阻，加速热量传递，同时制备工艺简单、性价比高、应用广泛。
【IPC分类】C08K9/06, C08L83/04, C08K3/04, C08K13/06, C08L83/06, C08K3/36
【公开号】CN105348807
【申请号】CN201510919527
【发明人】曾广胜
【申请人】湖南工业大学
【公开日】2016年2月24日
【申请日】2015年12月14日