本发明涉及一种轻量化导热片材及其制备方法和应用。
背景技术：
：随着近年来电子行业迅猛发展，逐渐向集约化、密集化、小型化方向发展，从而导致电子元器件周边温度迅速升高，研究表明电子元器件的使用寿命与温升有着直接关系，所以在元器件周边缝隙填加导热材料是有效解决方法。导热材料不仅既能为电子元器件提供安全可靠的散热作用，又能起到绝缘减震的作用。随着石油资源的日趋枯竭以及大气污染、全球气温上升的危害加剧，各国加快对电动汽车研发和推广。目前，电池是制约电动汽车发展瓶颈。电池发展面临三大问题：容量、重量、价格。导热材料轻量化是降低电池重量的有效途径之一。目前，市场上有机硅产品固化时，低分子(D3-D20)固化后都会以气体形式缓慢释放出来，在密闭体系下，其最终将停留在元器件、接插口、开关、光学镜面等位置，会导致电联接点失效、LED及汽车灯罩镜面发雾、开关短路、丝印油墨附着失效等等明显或潜在危害。低分子是制约有机硅应用最不利因素之一，军工、航空、航天、医疗电子、光电子等高可靠性产品对其都有严格要求。随着人们对产品品质可靠性认识的加深，越来越多的国外客户开始重视低分子问题。轻量化无低分子(D3-D20)释放的导热材料是市场所需的，也是导热材料未来发展方向。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种轻量化导热片材及其制备方法和应用，该轻量化导热片材适用于电子元器件、大型集成电路板、LED和汽车电池。本发明所采取的技术方案是：一种轻量化导热片材，是由以下质量份的原料组成：有机聚硅氧烷的分子中含有至少两个与硅连接的乙烯基。含氢聚硅氧烷的分子中含有至少三个硅氢键。导热填料为纳米氧化铝、片状氮化硼、纳米氧化锌、纳米氢氧化铝、氧化石墨、气相白炭黑、中空玻璃微珠中的至少一种。催化剂为铂类催化剂。增韧纤维为玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维中的至少一种。这种轻量化导热片材的制备方法，包括以下步骤：1)按上述的组成称取原料；2)将有机聚硅氧烷、含氢聚硅氧烷、导热填料和增韧纤维在真空下加热混炼，冷却后，加入催化剂，继续真空混合，得到半成品；3)将半成品压片，再硫化成型，得到轻量化导热片材。制备方法的步骤2)中，真空度≤0.01MPa；加热的温度为40℃～180℃。制备方法的步骤3)中，硫化的温度为40℃～180℃。这种轻量化导热片材在制备电动汽车电池中的应用。本发明的有益效果是：本发明的轻量导热片材比市售的导热材料密度降低30％以上，具有较高的导热性能和力学性能。通过增加纤维填料，提高了导热片材耐磨性、冲型打孔和畸形设计等不易损伤性能。通过对各种原料、助剂的精练及工艺控制，防止导热材料在使用过程中以低分子气体释放出来，有效去除了渗油现象和发雾现象，确保产品在各种使用过程中安全性，避免潜在危害。附图说明图1是本发明的导热片材在电池包中填充方式的示意图。具体实施方式一种轻量化导热片材，是由以下质量份的原料组成：进一步优选的，一种轻量化导热片材，是由以下质量份的原料组成：优选的，有机聚硅氧烷的分子中含有至少两个与硅连接的乙烯基；进一步的，有机聚硅氧烷为双端乙烯基硅油、单端乙烯基硅油、侧链乙烯基硅油中的至少一种。优选的，含氢聚硅氧烷的分子中含有至少三个硅氢键；进一步优选的，含氢聚硅氧烷为双端含氢硅油、单端含氢硅油、侧链含氢硅油中的至少一种。优选的，导热填料为纳米氧化铝、片状氮化硼、纳米氧化锌、纳米氢氧化铝、氧化石墨、气相白炭黑、中空玻璃微珠中的至少一种。优选的，催化剂为铂类催化剂；进一步优选的，催化剂为铂金属类催化剂，铂无机化合物类催化剂、烯烃的铂络合物、羰基的铂络合物、含有铂族催化剂的热塑性有机树脂粉末中的至少一种；再进一步优选的，催化剂为铂金属类催化剂、氯铂酸催化剂中的至少一种。优选的，增韧纤维为玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维中的至少一种。这种轻量化导热片材的制备方法，包括以下步骤：1)按上述的组成称取原料；2)将有机聚硅氧烷、含氢聚硅氧烷、导热填料和增韧纤维在真空下加热混炼，冷却后，加入催化剂，继续真空混合，得到半成品；3)将半成品压片，再硫化成型，得到轻量化导热片材。优选的，制备方法的步骤2)中，导热填料使用前经干燥处理后再使用；进一步的，当导热填料为纳米填料时，干燥后使用硅烷偶联剂进行表面处理。优选的，制备方法的步骤2)中，真空度≤0.01MPa；加热的温度为40℃～180℃。优选的，制备方法的步骤2)中，混炼的时间为1h～10h。优选的，制备方法的步骤2)中，加入催化剂后混合的时间为10min～60min。优选的，制备方法的步骤2)中，半成品在真空捏合机中进行加工。优选的，制备方法的步骤3)中，压片在压延机中进行。优选的，制备方法的步骤3)中，硫化的温度为40℃～180℃。优选的，制备方法的步骤3)中，硫化在硫化床中进行。这种轻量化导热片材在制备电动汽车电池中的应用。以下通过具体的实施例对本发明的内容作进一步详细的说明。实施例1：实施例1的轻量化导热片材由以下质量份的原料组成：所用的有机聚硅氧烷是含乙烯基的有机聚硅氧烷，可以为二乙烯基聚二甲基硅氧烷；含氢基硅油为甲基含氢硅油；铂催化剂为铂金催化剂；增韧纤维为直径9μm～13μm，长度小于20mm的短切玻璃纤维。使用前对纳米氧化锌进行预处理，采用KH550硅烷偶联剂按1：20的酒精稀释后喷淋到纳米氧化锌表面，并在80℃烘箱干燥2小时。片状氮化硼和中空玻璃微珠在100℃烘箱中干燥2小时。将有机聚硅氧烷、含氢基硅油、纳米氧化锌、片状氮化硼、中空玻璃微珠投入真空捏合机中，在150℃混1小时，维持真空度≤0.01MPa，直到混合均匀；冷却至室温，加入铂催化剂开真空混合60min，得到半成品。将半成品放入压延机，调节辊筒间距，得到不同厚度的导热片材，再放入硫化机高温120℃硫化切片成型，得到实施例1的轻量化导热片材。实施例2：实施例2的轻量化导热片材由以下质量份的原料组成：所用的有机聚硅氧烷是含乙烯基的有机聚硅氧烷，可以为二乙烯基聚二甲基硅氧烷；含氢基硅油为甲基含氢硅油；铂催化剂为铂金催化剂；增韧纤维为直径5μm～8μm的短切碳纤维。使用前对纳米氢氧化铝进行预处理，采用KH550硅烷偶联剂按1：20的酒精稀释后喷淋到纳米氧化锌表面，并在80℃烘箱干燥2小时。氧化石墨和中空玻璃微珠在100℃烘箱中干燥2小时。将有机聚硅氧烷、含氢基硅油、纳米氢氧化锌、氧化石墨、中空玻璃微珠投入真空捏合机中，在160℃混1小时，维持真空度≤0.01MPa，直到混合均匀；冷却至室温，加入铂催化剂开真空混合60min，得到半成品。将半成品放入压延机，调节辊筒间距，得到不同厚度的导热片材，再放入硫化机高温130℃硫化切片成型，得到实施例2的轻量化导热片材。实施例3：实施例3的轻量化导热片材由以下质量份的原料组成：所用的有机聚硅氧烷为双端或单端乙烯基硅油或侧链乙烯基硅油，与乙烯基或苯基硅树脂按9：1混合；含氢基硅油为双端或单端含氢硅油或侧链含氢硅油；铂催化剂为氯铂酸；增韧纤维为直径5μm～8μm的短切碳纤维。使用前对纳米氢氧化铝进行预处理，采用KH550硅烷偶联剂按1：20的酒精稀释后喷淋到纳米氧化锌表面，并在80℃烘箱干燥2小时。氧化石墨和中空玻璃微珠在100℃烘箱中干燥2小时。将有机聚硅氧烷、含氢基硅油、纳米氢氧化锌、氧化石墨、中空玻璃微珠投入真空捏合机中，在110℃混2小时，维持真空度≤0.01MPa，直到混合均匀；冷却至室温，加入铂金催化剂，抽真空混合60min，得到半成品。将半成品放入压延机，调节辊筒间距，得到不同厚度的导热片材，再放入硫化机高温140℃硫化切片成型，得到实施例3的轻量化导热片材。实施例4：实施例4的轻量化导热片材由以下质量份的原料组成：所用的有机聚硅氧烷为双端或单端乙烯基硅油或侧链乙烯基硅油，与乙烯基或苯基硅树脂按9：1混合；含氢基硅油为双端或单端含氢硅油或侧链含氢硅油；铂催化剂为氯铂酸；增韧纤维为短切碳纤维和短切玻璃纤维按1：1混合。使用前对纳米氧化铝进行预处理，采用KH550硅烷偶联剂按1：20的酒精稀释后喷淋到纳米氧化铝表面，并在80℃烘箱干燥2小时。气相白炭黑和中空玻璃微珠在100℃烘箱中干燥2小时。将有机聚硅氧烷、含氢基硅油、纳米氧化铝、气相白炭黑、中空玻璃微珠投入真空捏合机中，在110℃混2小时，维持真空度≤0.01MPa，直到混合均匀；冷却至室温，加入铂催化剂断续抽真空混合60min，得到半成品。将半成品放入压延机，调节辊筒间距，得到不同厚度的导热片材，再放入硫化机高温130℃硫化切片成型，得到实施例4的轻量化导热片材。实施例1～4制备得到的轻量化导热片材其性能数据如表1所示。表1实施例1～4轻量化导热片材的性能指标单位实施例1实施例2实施例3实施例4密度g/cm31.311.281.271.30导热系数W/(m·K)2.02.22.22.1耐电压KV/mm≥10≥10≥10≥10目前市场上在售的导热材料密度通常为2g/cm3。从表1的性能数据可知，本发明制备得到的轻量化导热片材质量轻，导热率高，其密度仅为1.3g/cm3(比市售的导热材料密度降低30％以上)，导热系数为2.0W/(m·K)，耐电压≥10KV/mm。应用：本发明制备得到的轻量化导热片材可应用在电动汽车电池里，主要用于填补电池中的空隙。填充方法可参见附图1的导热片材在电池包中填充方式的示意图。从图1可见，将导热片材填充在电池包的电池组和电池包套之间，可以起到加速热传递，导热减震的作用。本发明制备的轻量化导热片材可以根据客户产品性能要求，设计片材密度和导热系数，产品尺寸可以裁切成各种异形状，满足客户各种极端产品的使用性能。当前第1页1 2 3