本发明涉及一种用于车辆散热垫的聚合物组合物，其可以设置在车辆的冷却系统中以散热。
背景技术：
传统的散热片是通过添加液体聚合物粘合剂(例如热固性硅氧烷凝胶或紫外线固化丙烯酸)和导热陶瓷填料(例如氧化铝(al2o3)、氢氧化铝(al3(oh)2)、氮化铝、氮化硼(bn)，碳化硅等)而制造的。
尽管通过添加液体聚合物粘合剂与上面列出的至少一种导热陶瓷填料制造的散热片可以由于填料材料的高比重(例如，2.4或更高)而改善产品的热导率，但是产品的重量可能不会充分降低。
因此，需要具有低比重的材料，其可有助于减小许多领域中产品的尺寸和重量。
技术实现要素：
现有技术没有提出能够在增加产品热导率的同时降低产品重量的组合物或组分比例，而且，现有技术仅限于实现能够使产品的比重为1.5或更小的导热聚合物组合物。
在优选的方面，本发明提供可以增加散热产品的热导率的聚合物组合物(“导热聚合物组合物”)，以及制备导热聚合物组合物的方法。此外，聚合物组合物可具有约1.5或更小的比重。
在本发明的一个方面，提供了一种聚合物组合物，其可包括：100重量份的硅氧烷基树脂、约20重量份至50重量份的碳纤维、约100重量份至200重量份的无机填料，和约20重量份至50重量份的中空玻璃珠。所有重量份均基于100重量份的硅氧烷基树脂。
硅氧烷基树脂可包括第一硅氧烷基树脂和第二硅氧烷基树脂，所述第一硅氧烷基树脂包括两端含有一个或多个乙烯基的第一聚硅氧烷，所述第二硅氧烷基树脂包括两端含有一个或多个乙烯基的第二聚硅氧烷和具有si-h键的第三聚硅氧烷。
如本文所用的术语“聚硅氧烷”是指包括硅氧烷或si-o-si键重复单元的聚合化合物，其可包括其他官能团(例如乙烯基)或取代基。
第一聚硅氧烷和第二聚硅氧烷可以相同或不同。
例如，第一聚硅氧烷或第二聚硅氧烷可合适地具有化学式1的式：
另外，第三聚硅氧烷、可合适地具有化学式2的结构：
第一硅氧烷基树脂可进一步包括包含化学式3的化合物的阻滞剂：
碳纤维的直径可以合适地为约5μm至15μm。
碳纤维的长度可以合适地为约50μm至250μm。
碳纤维的热导率可以合适地为约500w/mk至900w/mk。
碳纤维的密度可以合适地为2.00g/cm3至2.40g/cm3。
无机填料可以合适地为直径为约1μm至100μm的氢氧化铝(al(oh)3)，直径为约2μm至150μm的氧化铝(al2o3)，以及它们的混合物。
中空玻璃珠的密度可以合适地为约0.2g/cm3至0.8g/cm3。
中空玻璃珠的热导率可以合适地为约0.1w/mk至0.2w/mk。
中空玻璃珠的直径可以合适地为约35μm至45μm。
在一方面，提供了一种散热垫，其包括如本文所述的聚合物组合物。
散热垫可具有约1.5w/mk至5.0w/mk的热导率和约1.1至1.5的比重。
在另一方面，提供了一种制造散热垫的方法。所述方法可包括：通过将第一硅氧烷基树脂与碳纤维混合来制备混合物a，所述第一硅氧烷基树脂包括两端含有一个或多个乙烯基的第一聚硅氧烷；通过将第二硅氧烷基树脂与中空玻璃珠混合来制备混合物b，所述第二硅氧烷基树脂包括两端含有乙烯基的第二聚硅氧烷和具有si-h键的第三聚硅氧烷；通过将混合溶液a、混合溶液b和无机填料混合来获得聚合物组合物；以及将聚合物组合物形成预定形状，然后进行固化。
碳纤维的直径可以为约5μm至15μm，长度为约50μm至250μm，热导率为约500w/mk至900w/mk，密度为约2.00g/cm3至2.40g/cm3。
中空玻璃珠的密度可以为约0.2g/cm3至0.8g/cm3，热导率为约0.1w/mk至0.2w/mk，直径为约35μm至45μm。
该方法可进一步包括将聚合物组合物施加在基底上以形状片材或卷材的预定形状。
用于固化的温度可合适地在室温至200℃的范围。
本文所用的术语“室温”是指范围为约15℃至约25℃的温度。
还提供了一种车辆，其可包括如本文所述的散热垫。
使用根据本发明的各种示例性实施方案的导热聚合物组合物制造的散热垫可以具有与传统散热垫相比降低约40％或降低更多的比重，同时表现出等同的热导率。
以下公开了本发明的其他方面。
具体实施方式
通过以下优选实施方案，将更清楚地理解本发明的上述和其他方面，特征以及优点。然而，本发明不限于本文所描述的实施方案，并可以修改为不同形式。提供这些实施方案是为了彻底解释本发明并将本发明的精神充分地传递给本领域技术人员。
应当进一步了解，当在本说明书中使用术语“包含”、“包括”、“具有”等指定所述特征、整数、步骤、操作、元件、组分、或其组合的存在，但不排除一种或多种其他特征、整数、步骤、操作、元件、组分，或其组合的存在或添加。应理解，当诸如层、膜、区域或衬底的元件称为在“另一元件上”时，其可以直接在另一元件上，或者在它们中间可以存在中间元件。相反，当诸如层、膜、区域或衬底的元件称为在“另一元件下”时，它可以直接在另一元件下，或者在它们之间可以存在中间元件。
此外，除非上下文中另有明确说明，如本文所使用的单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式。
应当理解，此处所使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语一般包括机动车辆，例如包括运动型多用途车辆(suv)、大客车、卡车、各种商用车辆的乘用汽车，包括各种舟艇、船舶的船只，航空器等等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、可插式混合动力电动车辆、氢动力车辆以及其它替代性燃料车辆(例如源于非石油的能源的燃料)。正如此处所提到的，混合动力车辆是具有两种或更多动力源的车辆，例如汽油动力和电力动力两者的车辆。
此外，除非特别指出或明显区别于上下文，本文中所用的术语“约”理解为在本领域内的普通公差的范围内，例如均值的2个标准偏差内。“约”可以理解为在所述值的10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.05％或0.01％内。除非上下文明确说明，本文所提供的所有数值通过术语“约”进行修改。
除非另外定义，否则本文中使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本发明所属领域的技术人员通常理解的相同的含义。将进一步理解的是，诸如在通用字典中定义的那些术语应该被解释为具有与其在相关技术和本公开内容中的含义一致的含义，并且不会被理解为理想化或过于正式的意义，除非在此明确地如此定义。
本发明提供聚合物组合物或导热聚合物组合物，其可包括硅氧烷基树脂、碳纤维、无机填料和中空玻璃珠。
所述导热聚合物组合物可包括100重量份的硅氧烷基树脂、约20重量份至50重量份的碳纤维、约100重量份至200重量份的无机填料，和约20重量份至50重量份的中空玻璃珠。所有重量份均基于100重量份的硅氧烷基树脂。
在本发明中，所述硅氧烷基树脂可包括第一硅氧烷基树脂和第二硅氧烷基树脂，所述第一硅氧烷基树脂包括两端含有一个或多个乙烯基的第一聚硅氧烷，所述第二硅氧烷基树脂包括两端含有一个或多个乙烯基的第二聚硅氧烷和具有si-h键的第三聚硅氧烷。
例如，两端含有一个或多个乙烯基的第一和第二聚硅氧烷可以由下面的化学式1表示，并且具有si-h键的第三聚硅氧烷可以由下面的化学式2表示。
[化学式1]
[化学式2]
在本发明中，第一硅氧烷基树脂可进一步包括用于加成反应的铂催化剂。如本文所用的铂催化剂可以促进硅氧烷基树脂的固化，因此固化时间可以是短时间。
以第一硅氧烷基树脂的总重量计，铂催化剂的含量可以为约0.10重量％至0.20重量％。因此，化学式1的聚硅氧烷的含量可以合适地为99.80重量％至99.90重量％。
在本发明中，第二硅氧烷基树脂可进一步包括阻滞剂。阻滞剂可包括由下面的化学式3表示的化合物。
以第二硅氧烷基树脂的总重量计，阻滞剂的含量可以为约0.02重量％至0.05重量％。因此，以第二硅氧烷基树脂的总重量计，化学式1的聚硅氧烷的含量可以合适地为95重量％至99重量％，并且化学式2的聚硅氧烷的含量可以优选地为1重量％至5重量％。
[化学式3]
在本发明中，以导热聚合物组合物的总重量计，硅氧烷基树脂(即第一硅氧烷基树脂和第二硅氧烷基树脂)的含量可以为约25重量％至50重量％，优选为约28重量％至40重量％。
如本文所用的碳纤维可以改善组合物的热导率。
碳纤维的直径可以为约5μm至15μm，碳纤维的长度可以为约50μm至250μm，碳纤维的热导率可以为约500w/mk至900w/mk，并且碳纤维的密度可以为约2.00g/cm3至2.40g/cm3。
优选地，碳纤维的密度可以为约2.00g/cm3至2.30g/cm3。此外，碳纤维的长度可以合适地为约100μm至200μm，或特别地为约100μm至150μm。因此，使用本发明的组合物制造的产品可以具有显著改善的热导率和减小的比重，这是最理想的。
优选地，碳纤维的热导率可以为约600w/mk至700w/mk。
因此，当碳纤维的长度小于约50μm时，在组合物的组分比例范围内可能无法形成充分的碳纤维阵列，使得难以表现出所需的热导率。另一方面，当其长度大于约250μm时，由于粘度增加，材料的均匀分散可能是困难的。
以100重量份的硅氧烷基树脂计，碳纤维的含量可以合适地为约20重量份至50重量份，约25重量份至45重量份，或特别地约30重量份至45重量份。
当碳纤维的量小于约20重量份时，导热聚合物组合物的热导率可能无法充分改善。另一方面，当其量大于约50重量份时，使用导热聚合物组合物获得的产品的绝缘性质可能变差，并且制造成本不合理地增加，从而抵消了经济效益。
在本发明中，无机填料可以合适地为导热无机填料，并且可以为陶瓷填料，例如氧化铝(al2o3)、氢氧化铝(al(oh)3)、氮化铝(aln)、氮化硼(bn)，碳化硅及其混合物。优选地，陶瓷填料可包括氧化铝、氢氧化铝及其混合物。例如，无机填料可包括氢氧化铝或为氢氧化铝。当使用氢氧化铝时，可以有效地降低导热聚合物组合物或由导热聚合物组合物形成的产物的比重而不降低热导率。
优选地，氢氧化铝(al(oh)3)的直径可以为约1μm至100μm，氧化铝(al2o3)的直径可以为约2μm至150μm。
以100重量份的硅氧烷基树脂计，导热无机填料的含量可以为约100重量份至200重量份，和约100重量份至150重量份。
当导热无机填料的量小于约100重量份时，导热聚合物组合物中的导热材料的量可能降低，从而可能降低热导率。另一方面，当其量大于约200重量份时，中空玻璃珠的相对量可能降低，因此导热聚合物组合物或由导热聚合物组合物形成的产品的比重可能无法充分降低，此外，固化产物的硬度可能增加，这是不期望的。
本文使用的中空玻璃珠可以降低产品的比重，其密度为约0.2g/cm3至0.8g/cm3，热导率为约0.1w/mk至0.2w/mk，并且直径为约35μm至45μm。
以100份重量份的硅氧烷基树脂计，中空玻璃珠的含量可以为约20重量份至50重量份，约25重量份至45重量份，或特别地约30重量份至45重量份。当中空玻璃珠的量小于约20重量份时，导热聚合物组合物的比重降低可能不充分，并且由导热聚合物组合物形成的产品的重量降低可能不充分。另一方面，当其量大于约50重量份时，由导热聚合物组合物形成的产品的孔隙率可能增加，从而降低热导率。
还提供了一种散热垫，其包括上述导热聚合物组合物。
例如，通过以根据本发明示例性实施方案的量混合硅氧烷基树脂、碳纤维、导热无机填料和中空玻璃珠制造的散热垫可具有约1.5w/mk至5.0w/mk的导热率，和约1.0至1.5的比重。
还提供了一种制造散热垫的方法。所述方法可包括：通过将第一硅氧烷基树脂与碳纤维混合来制备混合物a，所述第一硅氧烷基树脂包括两端含有一个或多个乙烯基的第一聚硅氧烷；通过将第二硅氧烷基树脂与中空玻璃珠混合来制备混合物b，所述第二硅氧烷基树脂包括两端含有一个或多个乙烯基的第二聚硅氧烷和具有si-h键的第三聚硅氧烷；通过将混合物a，混合物b和无机填料混合来获得导热聚合物组合物；以及将聚合物组合物形成预定形式然后固化。
根据本发明示例性实施方案的制造散热垫的方法将逐步详述。此处，将省略对上文已述的导热聚合物组合物的组分比例和各个组分的特征的重复描述。
根据本发明的散热垫的制造方法包括：
a)通过将第一硅氧烷基树脂与碳纤维混合来制备混合物a，所述第一硅氧烷基树脂包括两端含有一个或多个乙烯基的第一聚硅氧烷；
b)通过将第二硅氧烷基树脂与中空玻璃珠混合来制备混合物b，所述第二硅氧烷基树脂包括两端含有一个或多个乙烯基的第二聚硅氧烷和具有si-h键的第三聚硅氧烷
c)通过将混合物a，混合物b和导热无机填料混合来获得导热聚合物组合物；以及
d)将导热聚合物组合物形成预定形式，然后固化，例如通过热固化。
在开始上述步骤之前，可以将碳纤维、导热无机填料和中空玻璃珠脱水或干燥，以除去阻碍硅氧烷基树脂橡胶化的水成分。因此，脱水或干燥可优选在约130℃的温度下进行约24小时。
脱水/干燥后的导热聚合物组合物的制备可以在室温下进行。此处，室温范围可以为约20℃至30℃，这取决于实验室中的条件。
优选地，在步骤a)中，两端含有一个或多个乙烯基的第一聚硅氧烷可以加入碳纤维并均匀搅拌，从而制备混合物a。第一聚硅氧烷可以进一步加入铂催化剂并混合。制备混合物a所需的时间可合适地为约1至2小时。
在步骤b)中，中空玻璃珠可以适当地分散两端含有一个或多个乙烯基的第二聚硅氧烷和具有si-h键的第三聚硅氧烷中，从而制备混合物b。因此，第二聚硅氧烷和第三聚硅氧烷可以进一步加入阻滞剂并混合。制备混合溶液b所需的时间可合适地为约1至2小时。
在步骤c)中，将分别均匀分布有碳纤维和中空玻璃珠的混合溶液a和混合溶液b与导热无机填料一起置于真空搅拌器中并在真空中搅拌约1至2小时，从而获得导热聚合物组合物。
在步骤d)中，可将由此获得的导热聚合物组合物施加在离型膜上，然后根据加工条件在室温(例如，25±5℃)至200℃的温度下热固化，从而制造产品。由此制造的产品可以是片材或卷材的形式。
实施例
通过以下实施例给出本发明的示例性实施方案，这些实施例仅用于说明本发明，但不应解释为限制本发明的范围。因此，具有本发明所属领域的普通技术人员(被称为“本领域技术人员”或“普通技术人员”)将理解，在不脱离如所附权利要求中所公开的本发明的范围和精神的情况下，可以进行各种修改，添加和替换。
通过以下方法测量以下性质。
1)热导率(w/mk)
根据astmd5470评估热导率。
测量装置：由日本kyotoelectronic制得的qtm-500
2)比重
根据astmd792评估比重。
测量装置：由日本mirage制得的ew-300sg
材料
1)碳纤维：
长度(100μm、150μm)，热导率(500w/mk)，密度(2.2g/cm3)
2)中空玻璃珠：
平均密度为0.40g/cm3，平均热导率为0.15w/mk，平均直径为40μm
3)无机填料：
无定形氢氧化铝，粒径为50μm
4)阻滞剂：
fd414(由damipolychem制得)
制造具有高热导率和低比重的片材
制备包含下表2中所示量的组分的每个样品，在室温下置于真空搅拌器中，并在真空下搅拌混合1小时，从而获得浆料。此处，双组分型硅氧烷凝胶具有下表1的组成。
表1
通过在离型膜上施加浆料至1mm的厚度，然后在110℃的温度下将其热固化4小时来制造每个片材，并测量热导率和比重。结果示于下表2中。
表2
从以上结果可以看出，实施例1至4的片材具有1.5w/mk或更高的热导率和1.5或更低的比重。
当比较实施例1和实施例2时，当无机填料的量增加时，热导率增加但比重也增加。
当比较实施例2和实施例4时，代替无机填料的热导率，当碳纤维的量增加时，热导率稍微增加，同时比重减小。
在实施例3中，调节中空玻璃珠和碳纤维的量，由此表现出高热导率和非常低的比重。
在仅加入常规无机填料而不使用中空玻璃珠和碳纤维的对比实施例1中，热导率与实施例1和实施例3相似，但比重显著降低。
在对比实施例2中，与实施例相比，中空玻璃珠的效果降低，因此比重相对较高。
在中空玻璃珠的量增加的对比实施例3中，比重降低但片材的孔隙率增加，因此热导率降低。
尽管已经描述了本发明的各种示例性实施例，但是本领域技术人员将理解，在不改变其技术精神或基本特征的情况下，本发明可以以其他特定形式实施。因此，应当理解，上述实施方案在各方面都是非限制性的而是说明性的。