一种导热系数渐增式导热硅脂及其制备方法与流程

1.本发明涉及高分子密封材料技术领域，尤其涉及一种导热系数渐增式导热硅脂及其制备方法。


背景技术：

2.导热硅脂是一种导热粉体和热稳定油剂以及其他功能性助剂一起混合后，应用于发热面和散热面之间，起到导热媒介作用的一类产品，判断其导热能力大小以导热系数(w/m.k)数值为依照。而影响导热系数大小的因素，除了与填充粉体本身的导热系数有关，往往还与导热粉体的填充量有关，填充量越大能获得更高的导热系数。
3.目前，为提高导热硅脂的导热系数，现有技术主要采取以下方式：一、通过使用高导热系数的粉体，如氮化铝、氮化硼、碳化硅等材料，以期获得高导热系数；二、通过对导热粉体进行表面改性，以降低粉体的吸油值，获得更大的填充量，从而得到高导热的产品；三、通过使用复配的粉体(氮化物搭配氧化铝的方式、或者不同粒径的粉体进行搭配的方式)获得高导热产品。但是，现有导热硅脂产品仍然普遍存在着导热粉体填充率有限的问题，从而导致导热系数有限，难以满足市场以及行业发展的需求。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种导热系数渐增式导热硅脂，通过配方设计，使用一定比例的热挥发性油剂代替热稳定好的油剂，以便通过应用过程中的挥发，达到体系中导热粉剂比例上升的目的，从而实现导热系数的提高。本发明的另一目的在于提供上述导热系数渐增式导热硅脂的制备方法。
5.本发明的目的通过以下技术方案予以实现：
6.本发明提供的一种导热系数渐增式导热硅脂，按重量份数其原料组成为：
[0007][0008]
进一步地，本发明所述硅油为二甲基硅油和/或苯基硅油，在25℃温度下的粘度为500～1000mpa
·
s。所述球形氧化铝经过硅烷偶联剂进行表面处理，其平均粒径为0.1～5μm。所述氮化铝经过硅烷偶联剂进行表面处理，其平均粒径为2～6μm。
[0009]
上述方案中，本发明所述热挥发性油剂为常态下不易挥发、在温度70℃以上快速挥发的油剂，其在25℃温度下的粘度≤200mpa
·
s，且对金属线路和元器件无腐蚀作用。具体地，选定为食品级白油，其25℃温度下的粘度为5～30mpa
·
s，经ph计测定ph值为7
±
0.3。
[0010]
本发明的另一目的通过以下技术方案予以实现：
[0011]
本发明提供的上述导热系数渐增式导热硅脂的制备方法，包括以下步骤：
[0012]
(1)首先将所述硅油和部分球形氧化铝在搅拌速度30～35hz下搅拌混合5～15min，然后加入剩余的球形氧化铝在搅拌速度30～40hz下继续搅拌混合10～15min，得到一次混料；
[0013]
(2)将所述一次混料加热至75～85℃，在此温度条件下加入氮化铝在搅拌速度30～40hz下搅拌混合10～20min后，在真空度为
‑
0.08～
‑
0.1mpa、搅拌速度30～40hz条件下，继续搅拌混合20～30min，得到二次混料；
[0014]
(3)将所述二次混料的温度降至35℃以下，加入热挥发性油剂，在真空度
‑
0.08～
‑
0.1mpa、搅拌速度5～10hz条件下，并将温度控制在40℃以下，搅拌混合10～15min，即得到导热硅脂产品。
[0015]
上述方案中，本发明制备方法所述步骤(1)中首先将硅油和球形氧化铝用量的50～70wt％进行搅拌混合。
[0016]
本发明具有以下有益效果：
[0017]
(1)本发明通过配方设计，使用一定比例的热挥发性油剂代替热稳定好的油剂，通过应用过程中的挥发，从而达到体系中导热粉剂比例上升的目的，实现导热系数的提高。此外，油剂在体系中起到方便施工和塑形的作用，本发明通过合理的配比使用，使产品在施工后通过元器件自身发热来清除掉热挥发油剂但又不至于使其干固，仍能保持产品长期使用稳定，也变相地达到了加大导热粉体填充量而实现导热率增加的效果。
[0018]
(2)本发明具有良好的导热性能，良好的高温稳定性能和优异的电性能，其初始导热系数为3.5～4.2/m.k，在使用前和使用后的导热系数有明显的提升而呈导热系数渐增式，工作态后的导热系数为3.9～4.5w/m.k(60℃烘箱烘烤6h)、4.20～4.9w/m.k(60℃烘箱烘烤12h)、4.21～5.1w/m.k(60℃烘箱烘烤24h)；高温老化后(200℃，24h)无开裂、无变色、无干固，低温老化后(
‑
40℃，24h)无开裂、无变色、无干固，对金属铜、铝无肉眼可见之腐蚀作用，体积电阻率为4.3
×
10
11
～5.1
×
10
11
ω.cm、介电强度为4.8～5.1kv/mm，锥入度(非工作态时，0.1mm)为253～281。
[0019]
下面将结合实施例对本发明作进一步的详细描述。
具体实施方式
[0020]
实施例一：
[0021]
1、本实施例一种导热系数渐增式导热硅脂，按重量份数其原料组成为：
[0022][0023]
其中：
[0024]
球形氧化铝(粒径为1～5μm)和氮化铝(粒径为3～6μm)均使用六甲基二硅氮烷进行表面处理(待处理粉体在80℃条件下搅拌2h，后降温到35～40℃，使用六甲基二硅氮烷进行喷淋的方式进行表面处理)；
[0025]
热挥发性油剂为食品级白油，其粘度为25mpa
·
s，经ph计测定ph值为7
±
0.3。
[0026]
2、本实施例上述导热系数渐增式导热硅脂的制备方法，其步骤如下：
[0027]
(1)首先将上述硅油和部分球形氧化铝(占其用量70wt％)在搅拌速度30hz下搅拌混合10min，然后加入剩余的球形氧化铝在搅拌速度35hz下继续搅拌混合10min，得到一次混料；
[0028]
(2)将上述一次混料加热至75℃，在此温度条件下加入氮化铝在搅拌速度40hz下搅拌混合15min后，在真空度为
‑
0.08mpa、搅拌速度30hz条件下，继续搅拌混合30min，得到二次混料；
[0029]
(3)将上述二次混料的温度降至35℃以下，加入热挥发性油剂，在真空度
‑
0.08mpa、搅拌速度5hz条件下，并将温度控制在40℃以下，搅拌混合10min，即得到导热硅脂产品。
[0030]
实施例二：
[0031]
1、本实施例一种导热系数渐增式导热硅脂，按重量份数其原料组成为：
[0032][0033]
其中：
[0034]
球形氧化铝(粒径为1～5μm)和氮化铝(粒径为3～6μm)均使用六甲基二硅氮烷进行表面处理(待处理粉体在80℃条件下搅拌2h，后降温到35～40℃，使用六甲基二硅氮烷进行喷淋的方式进行表面处理)；
[0035]
热挥发性油剂为食品级白油，其粘度为25mpa
·
s，经ph计测定ph值为7
±
0.3。
[0036]
2、本实施例上述导热系数渐增式导热硅脂的制备方法，其步骤如下：
[0037]
(1)首先将上述硅油和部分球形氧化铝(占其用量70wt％)在搅拌速度35hz下搅拌混合15min，然后加入剩余的球形氧化铝在搅拌速度30hz下继续搅拌混合10min，得到一次混料；
[0038]
(2)将上述一次混料加热至80℃，在此温度条件下加入氮化铝在搅拌速度35hz下搅拌混合10min后，在真空度为
‑
0.09mpa、搅拌速度40hz条件下，继续搅拌混合20min，得到二次混料；
[0039]
(3)将上述二次混料的温度降至35℃以下，加入热挥发性油剂，在真空度
‑
0.08mpa、搅拌速度10hz条件下，并将温度控制在40℃以下，搅拌混合10min，即得到导热硅脂产品。
[0040]
实施例三：
[0041]
1、本实施例一种导热系数渐增式导热硅脂，按重量份数其原料组成为：
[0042]
[0043]
其中：
[0044]
球形氧化铝(粒径为1～5μm)和氮化铝(粒径为3～6μm)均使用六甲基二硅氮烷进行表面处理(待处理粉体在80℃条件下搅拌2h，后降温到35～40℃，使用六甲基二硅氮烷进行喷淋的方式进行表面处理)；
[0045]
热挥发性油剂为食品级白油，其粘度为25mpa
·
s，经ph计测定ph值为7
±
0.3。
[0046]
2、本实施例上述导热系数渐增式导热硅脂的制备方法，其步骤如下：
[0047]
(1)首先将上述硅油和部分球形氧化铝(占其用量70wt％)在搅拌速度30hz下搅拌混合5min，然后加入剩余的球形氧化铝在搅拌速度40hz下继续搅拌混合15min，得到一次混料；
[0048]
(2)将上述一次混料加热至85℃，在此温度条件下加入氮化铝在搅拌速度30hz下搅拌混合20min后，在真空度为
‑
0.09mpa、搅拌速度40hz条件下，继续搅拌混合30min，得到二次混料；
[0049]
(3)将上述二次混料的温度降至35℃以下，加入热挥发性油剂，在真空度
‑
0.08mpa、搅拌速度8hz条件下，并将温度控制在40℃以下，搅拌混合15min，即得到导热硅脂产品。
[0050]
实施例四：
[0051]
1、本实施例一种导热系数渐增式导热硅脂，按重量份数其原料组成为：
[0052][0053]
其中：
[0054]
球形氧化铝(粒径为1～5μm)和氮化铝(粒径为3～6μm)均使用六甲基二硅氮烷进行表面处理(待处理粉体在80℃条件下搅拌2h，后降温到35～40℃，使用六甲基二硅氮烷进行喷淋的方式进行表面处理)；
[0055]
热挥发性油剂为食品级白油，其粘度为25mpa
·
s，经ph计测定ph值为7
±
0.3。
[0056]
2、本实施例上述导热系数渐增式导热硅脂的制备方法，其步骤如下：
[0057]
(1)首先将上述硅油和部分球形氧化铝(占其用量70wt％)在搅拌速度30hz下搅拌混合5min，然后加入剩余的球形氧化铝在搅拌速度35hz下继续搅拌混合10min，得到一次混料；
[0058]
(2)将上述一次混料加热至75℃，在此温度条件下加入氮化铝在搅拌速度30hz下搅拌混合15min后，在真空度为
‑
0.09mpa、搅拌速度40hz条件下，继续搅拌混合30min，得到二次混料；
[0059]
(3)将上述二次混料的温度降至35℃以下，加入热挥发性油剂，在真空度
‑
0.08mpa、搅拌速度5hz条件下，并将温度控制在40℃以下，搅拌混合15min，即得到导热硅脂产品。
[0060]
性能测试：
[0061]
将本发明实施例制得的导热系数渐增式导热硅脂产品，按照以下方法进行性能测
试：
[0062]
按照astm d5470测定导热系数(其中模拟工作态后值，采取在60℃的烘箱下烘烤6h、12h和24h后，再经冷却后进行测定)，按照gbt 1692
‑
2008测定体积电阻率；按照gbt1695
‑
2005测定介电强度；按照gb/t 269测定非工作状态下的锥入度；按照gbt 13477.2
‑
2002测定比重。
[0063]
耐高温性的测定：在铝片上将硅脂均匀刮涂成约1mm的薄层，置入温度设定为200
±
2℃的烘箱中，24h后取出，于室温下自然冷却后，观察硅脂外观。
[0064]
耐低温性的测定：在表面皿上置入约50g硅脂，堆成约1cm厚度的膏体，置入温度设定为
‑
40℃的低温试验箱中，24h后取出，使用玻璃棒触碰膏体，判断是否干固硬化，同时观察硅脂外观。
[0065]
腐蚀性的测定：将硅脂均匀涂覆于金属表面(铜)，150℃下加热2小时，与硅脂接触的金属表面无铜绿产生，无明显变黑现象。
[0066]
稳定性的测定：将硅脂分装为1kg/瓶，并密闭存放于温度25
±
2℃，湿度60
±
5％rh的仓库中，1个月后观察硅脂表面是否有油剂渗出，是否硬化、开裂。
[0067]
测试结果如表1所示。
[0068]
表1本发明实施例的性能测试数据
[0069][0070][0071]
表1数据表明，本发明实施例制得的导热系数渐增式导热硅脂，具有良好的导热系数和耐高温性能，对工作元器件无腐蚀，储存稳定，在工作态后的导热系数较初始态具有明显的提升。因此，对大功率发热元器件具有很好的热传导能力，对其起到良好的保护作用。