一种挤出成型取向有序的导热硅胶制备工艺及导热硅胶的制作方法

本申请涉及导热材料的领域，尤其是涉及一种挤出成型取向有序的导热硅胶制备工艺及导热硅胶。

背景技术：

随着计算机技术的飞速发展，作为计算机系统核心的中央处理器cpu的运算速度越来越快，其发热量也随之增大。如果cpu散热不好，温度过高，很容易导致计算机在运行过程中出现热启动，死机等问题。因此，为cpu提供良好的散热系统是保证计算机正常工作的重要条件之一。

导热硅胶垫片常用于设置在计算机内，用于使cpu更快地散热。导热硅胶的导热效果主要与导热系数以及热阻有关，为了追求更好的导热效果，相关技术会在硅胶中添加导热粉体，常见的导热粉体有氧化铝、二氧化硅、氧化锌、氧化镁、氮化铝、氮化硅、氮化硼、碳化硅、铝粉、铜粉、银粉、镍粉等，导热粉体的粒径通常在0.1-100μm之间，但是，不同导热粉体种类的组合及粒径的选用对于导热硅胶的微观结构影响是各不相同的，进而导致导热效果有好有坏。

针对上述中的相关技术中导热硅胶的导热效果不理想的情况，有必要设计一种挤出成型取向有序的导热硅胶制备工艺及导热硅胶以克服上述问题。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本发明的第一个目的在于提供一种挤出成型取向有序的导热硅胶制备工艺，其具有导热效果好的优点。

本发明的第二个目的在于提供一种挤出成型取向有序高导热的硅胶垫片，该种导热胶片导热效果优异，能够更好地满足cpu散热需求。

为实现上述第一个目的，本发明提供了如下技术方案：一种挤出成型取向有序的导热硅胶制备工艺，其特征在于，包括以下制备步骤：

步骤一、将乙烯基聚硅氧烷、交联剂、抑制剂依次投入行星搅拌机中，搅拌0.5-1h，得到均匀的有机硅聚合物基料；

步骤二、将有机硅聚合物基料、导热粉体、碳纤维、铂金催化剂依次加入捏合机混合均匀后，将此混合基料加入螺杆挤出机内，通过压力挤压，经过长管输送，进行第一部分预取向，然后经过漏斗状通道进行互相挤压取向，再经挤出头挤出，形成最终取向的导热基料；

步骤三、把经挤出头挤出的导热基料通过点胶平铺的模式点在离型膜上，根据要求叠加成不同的厚度，最后覆盖上膜，施加一定压力压制成一体，经过烤箱或者隧道炉烘烤成型；成型后切成片状，即为有序取向的导热硅胶片材。

通过采用上述技术方案，由于采用螺杆挤出的混料方式，取向有序的导热材料在螺杆挤出机的中间段混合熔融时，能够使自然形成取向有序的微观结构，方向与螺杆挤出方向一致，这样一种微观结构能够更好地传输热量，因此，本申请方法得到的导热硅胶具有较好的导热效果。

进一步地，所述取向有序导热材料为石墨片，所述螺杆挤出机的挤出头为夹缝式挤出头，夹缝式挤出头包括漏斗部和取向管道部，漏斗部入口管径100~200mm，取向管道的管长200~500mm，取向管道的入口长宽在(100~200)x(20~30)mm之间，出口长宽在(100~200)x(3~8)mm之间。

通过采用上述技术方案，石墨片为片状的导热材料，当挤出头形状为夹缝式时，片状的石墨片的水平均匀分布在导热硅胶中，石墨片上下两个面主要起到导热作用，而导热填料填充在石墨片相互之间的缝隙位置处，起到辅助导热作用，充分利用材料特性，使得导热硅胶微观结构有序取向，获得的导热硅胶导热效率高，导热性能好，这样一种取向管道的尺寸设置，能够保证整体的充分取向。

进一步地，各步骤中所用到的物料用量如下：

乙烯基聚硅氧烷100-600份；

导热粉体0-100份；

交联剂0.5-3份；

铂金催化剂0.5-3份；

抑制剂0.0001-0.01份；

石墨片50-200份。

通过采用上述技术方案，乙烯基聚硅氧烷是获得导热硅胶的主基材，导热粉体和石墨片是主要起到导热作用的材料，交联剂是乙烯基聚硅氧烷形成交联网状的试剂，铂金催化剂能够催化乙烯基聚硅氧烷的交联反应，抑制剂能够避免铂金催化剂中毒现象的发生。将上述比例的各个物料混合，得到的导热硅胶导热效果好，其中，可以使用单一的石墨片取向后制作得到导热硅胶，也可以使用导热粉体和石墨片共同制作得到导热硅胶。

进一步地，所述导热粉体为铜粉、氧化铝、二氧化硅、氧化锌、氧化镁、氮化铝、氮化硅、氮化硼、碳化硅、铝粉、银粉或镍粉的一种或几种复配，所述导热粉体的粒径在3μm-5μm之间。

通过采用上述技术方案，上述种类的导热粉体均为常见的球状导热粉体，粒径在3μm-5μm之间的导热粉体能够较好地提高导热硅胶整体导热效果。

进一步地，所述取向有序导热材料为碳纤维，所述螺杆挤出机的挤出头为圆筒式挤出头，所述圆筒式挤出头包括漏斗部和取向管道部、漏斗部入口管径在100mm-200mm之间，取向管道部的管长在200-500mm之间，取向管道部的入口管径在10-20mm，取向管道部的出口管径在5-10mm。

通过采用上述技术方案，碳纤维的微观结构呈长条状，选用碳纤维作为有序取向材料，选用圆筒式的挤出头在螺杆挤出成型时，这些长条状的碳纤维会在螺杆挤出方向上有序排列，这样一种微观结构具有较强的导热能力，这样一种样式的挤出头，能够使得碳纤维取向充分增加最终制作得到的导热硅胶的导热性能。

进一步地，各步骤中所用到的物料用量如下：

乙烯基聚硅氧烷100-600份；

导热粉体0-100份；

交联剂0.5-5份；

铂金催化剂0.8-5份；

抑制剂0.0001-0.01份；

碳纤维100-200份。

通过采用上述技术方案，乙烯基聚硅氧烷是获得导热硅胶的主基材，导热粉体和碳纤维是主要起到导热作用的材料，交联剂是乙烯基聚硅氧烷形成交联网状的试剂，铂金催化剂能够催化乙烯基聚硅氧烷的交联反应，抑制剂能够避免铂金催化剂中毒现象的发生。将上述比例的各个物料混合，得到的导热硅胶导热效果好，其中，可以使用单一的石墨片取向后制作得到导热硅胶，也可以使用导热粉体和石墨片共同制作得到导热硅胶。

进一步地，所述导热粉体为铜粉、氧化铝、二氧化硅、氧化锌、氧化镁、氮化铝、氮化硅、氮化硼、碳化硅、铝粉、银粉或镍粉的一种或几种复配，所述导热粉体的粒径在1μm-3μm之间。

通过采用上述技术方案，上述种类的导热粉体均为常见的球状导热粉体，粒径在1μm-3μm之间的导热粉体能够较好地提高导热硅胶整体导热效果。

进一步地，所述抑制剂为炔醇类化合物、多乙烯基硅油中的至少一种。

通过采用上述技术方案，上述种类的抑制剂能够较好地避免铂金催化剂中毒的现象发生。

为实现上述第二个目的，本发明提供了如下技术方案：

一种导热硅胶，由上述记载的方法制备而得。

通过采用上述技术方案，上述方法的得到的导热硅胶，其微观结构取向有序，具有较好的导热性能。

进一步地，所述导热硅胶的厚度为0.1-10mm。

通过采用上述技术方案，在该厚度下的导热硅胶片，能够满足大多数cpu对于散热的要求。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

第一、由于本发明采用螺杆挤出硅胶成型工艺，使得本发明获得的硅胶材料的微观结构取向有序，进而获得的导热硅胶导热效果较佳。

第二、本发明中优选采用石墨片作为取向有序导热材料，由于石墨片呈片状，其上下两面具有较好的导热性，与导热粉体复配后使得导热硅胶整体具有较好的导热效果。

第三、本发明中优选采用碳纤维作为取向有序导热材料，由于碳纤维为长条状，能够较好地传导上下两端的热量，与导热粉体复配后使得导热硅胶整体具有较好的导热效果。

图1是本申请实施例1-3的成型流程图；

图2是本申请实施例1-3挤出头的形状；

图3是本申请实施例1-3挤出头将硅胶挤出到离心膜上的流程示意图；

图4是本申请实施例1-3将硅胶压制成一体与切成片状的流程示意图；

图5是本申请实施例4挤出头的形状

图6是本申请实施例5-7的初步成型的流程图；

图7是本申请实施例5-7挤出头的形状；

图8是本申请实施例5-7挤出头将硅胶挤出到离心膜上的流程示意图；

图9是本申请实施例5-7将硅胶压制成一体与切成片状的流程示意图；

图10是本申请实施例8挤出头的形状。

图中：1、挤出头；2、石墨片；3、导热粉体；4、导热基料；5、离型纸；6、块状料；7、导热硅胶片材；8、碳纤维。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本申请技术方案做详细说明，其中，在阅读实施例1-4时，可以结合参看图1-5，在阅读实施例5-8时，可以结合参看图5-10。

实施例1

参看图1-4，一种挤出成型取向有序的导热硅胶制备工艺，包括以下制备步骤：

步骤一、将乙烯基聚硅氧烷、交联剂、抑制剂依次投入行星搅拌机中，搅拌1h，得到均匀的有机硅聚合物基料。

步骤二、将有机硅聚合物基料、导热粉体3、碳纤维8、铂金催化剂依次加入捏合机混合均匀后，将此混合基料加入螺杆挤出机内，螺杆挤出机内温度为120℃，通过压力挤压，经过长管输送，进行第一部分预取向，然后经过漏斗状通道进行互相挤压取向，再经挤出头1挤出，形成最终取向的导热基料4；本实施例取向有序导热材料为石墨片2，本实施例螺杆挤出机的挤出头1为夹缝式挤出头1，本实施例夹缝式挤出头包括漏斗部和取向管道部，漏斗部入口管径200mm，漏斗部长度为300mm，取向管道的管长200mm，取向管道的入口长宽为100mmx20mm，出口长宽为100mmx3mm。

步骤三、把经挤出头1挤出的导热基料4通过点胶平铺的模式点在离型膜上，根据要求叠加成不同的厚度，最后覆盖上膜，施加一定压力压制成一体，经过烤箱或者隧道炉烘烤成型得到块状料6；成型后切成片状，即为有序取向的导热硅胶片材7，具体切割方式可以参看图4，阴影面为导热面。

各步骤中所用到的物料用量如下：

乙烯基聚硅氧烷60份；

导热粉体120份；

交联剂3份；

铂金催化剂3份；

抑制剂0.01份；

石墨片120份。

本实施例抑制剂为多乙烯基硅油。

本实施例导热粉体3为铜粉与氧化铝按照3:1的比例复配而得，本实施例铜粉和氧化铝粉粒径均为3μm。需要说明的是，在其他实施例中，导热粉体3可以选用二氧化硅、氧化锌、氧化镁、氮化铝、氮化硅、氮化硼、碳化硅、铝粉、银粉或镍粉的一种或几种复配，导热粉体3的粒径在3μm-5μm之间，这些导热粉体3种类和粒径的选择，均是能够实现本发明技术目的的技术方案，也均是属于本发明所要求保护的范围之中的技术方案。

本实施例最终得到导热硅胶的厚度为2mm，需要说明的是，将导热硅胶制作成0.1-10mm之间，均是能够实现本申请发明目的的技术方案，落入本发明的保护范围。将本实施例得到的导热硅胶进行导热系数测试，检测标准采用astm-d5470，得到本实施例的导热系数为18.5w/m*k，将本实施例得到的导热硅胶进行拉伸强度测试，检测标准采用astm-d882得到的结果1.88mpa。

实施例2

参看图1-4，一种挤出成型取向有序的导热硅胶制备工艺，包括以下制备步骤：

步骤一、将乙烯基聚硅氧烷、交联剂、抑制剂依次投入行星搅拌机中，搅拌1h，得到均匀的有机硅聚合物基料。

步骤二、将有机硅聚合物基料、导热粉体3、碳纤维8、铂金催化剂依次加入捏合机混合均匀后，将此混合基料加入螺杆挤出机内，螺杆挤出机内温度为130℃，通过压力挤压，经过长管输送，进行第一部分预取向，然后经过漏斗状通道进行互相挤压取向，再经挤出头1挤出，形成最终取向的导热基料4；本实施例取向有序导热材料为石墨片2，本实施例螺杆挤出机的挤出头1为夹缝式挤出头1，具体的，本实施例夹缝式挤出头包括漏斗部和取向管道部，漏斗部入口管径100mm，漏斗部的长度为500mm，取向管道的管长300mm，取向管道的入口长宽为150mmx25mm椭圆形状，出口长宽为150mmx5mm的长方形状。

步骤三、把经挤出头1挤出的导热基料4通过点胶平铺的模式点在离型膜上，根据要求叠加成不同的厚度，最后覆盖上膜，施加一定压力压制成一体，经过烤箱或者隧道炉烘烤成型得到块状料6；成型后切成片状，即为有序取向的导热硅胶片材7，具体切割方式可以参看图4，阴影面为导热面。

各步骤中所用到的物料用量如下：

乙烯基聚硅氧烷50份；

导热粉体50份；

交联剂0.5份；

铂金催化剂0.5份；

抑制剂0.0001份；

石墨片50份。

本实施例抑制剂为炔醇类化合物。

本实施例导热粉体3为氧化镁，氧化镁，粒径均为4μm。

本实施例最终得到导热硅胶的厚度为2mm。将本实施例得到的导热硅胶进行导热系数测试，检测标准采用astm-d5470，得到本实施例的导热系数为12.5w/m*k，将本实施例得到的导热硅胶进行拉伸强度测试，检测标准采用astm-d882得到的结果1.81mpa。

实施例3

参看图1-4，一种挤出成型取向有序的导热硅胶制备工艺，包括以下制备步骤：

步骤一、将乙烯基聚硅氧烷、交联剂、抑制剂依次投入行星搅拌机中，搅拌0.5h，得到均匀的有机硅聚合物基料。

步骤二、将有机硅聚合物基料、导热粉体3、碳纤维8、铂金催化剂依次加入捏合机混合均匀后，将此混合基料加入螺杆挤出机内，螺杆挤出机内温度为150℃，通过压力挤压，经过长管输送，进行第一部分预取向，然后经过漏斗状通道进行互相挤压取向，再经挤出头1挤出，形成最终取向的导热基料4；本实施例取向有序导热材料为石墨片2，本实施例螺杆挤出机的挤出头1为夹缝式挤出头1，具体的，本实施例夹缝式挤出头包括漏斗部和取向管道部，漏斗部入口管径150mm，漏斗部的长度为500mm，取向管道的管长300mm，取向管道的入口长宽为200mmx30mm的椭圆形状，出口长宽为200mmx8mm长方形状。

步骤三、把经挤出头1挤出的导热基料4通过点胶平铺的模式点在离型膜上，根据要求叠加成不同的厚度，最后覆盖上膜，施加一定压力压制成一体，经过烤箱或者隧道炉烘烤成型得到块状料6；成型后切成片状，即为有序取向的导热硅胶片材7，具体切割方式可以参看图4，阴影面为导热面。

各步骤中所用到的物料用量如下：

乙烯基聚硅氧烷40份；

导热粉体20份；

交联剂2份；

铂金催化剂2份；

抑制剂0.005份；

石墨片20份。

本实施例抑制剂为炔醇类化合物为多乙烯基硅油中按照1:1复配而得的组合物。

本实施例导热粉体3为氮化硅，氮化硅粒径为4μm。

本实施例最终得到导热硅胶的厚度为2mm。将本实施例得到的导热硅胶进行导热系数测试，检测标准采用astm-d5470，得到本实施例的导热系数为7.5w/m*k，将本实施例得到的导热硅胶进行拉伸强度测试，检测标准采用astm-d882得到的结果1.71mpa。

实施例4

参看图1和图5，本实施例的挤出头的取向管道较实施例1更为狭长，本实施例的漏斗部入口管径200mm，漏斗部管长为200mm，取向管道的管长为500mm，取向管道的入口长宽为180mmx25mm的椭圆状，取向管道的出口长宽为100x3mm的长方形状，另外，本实施例相较于实施例1，本实施例制作导热硅胶的过程中不添加导热填料。

实施例5

参看图6-9，一种挤出成型取向有序的导热硅胶制备工艺，其特征在于，包括以下制备步骤：

步骤一、将乙烯基聚硅氧烷、交联剂、抑制剂依次投入行星搅拌机中，搅拌0.5h，得到均匀的有机硅聚合物基料。

步骤二、将有机硅聚合物基料、导热粉体3、碳纤维8、铂金催化剂依次加入捏合机混合均匀后，将此混合基料加入螺杆挤出机内，螺杆挤出机内温度为130℃，通过压力挤压，经过长管输送，进行第一部分预取向，然后经过漏斗状通道进行互相挤压取向，再经挤出头1挤出，形成最终取向的导热基料4；本实施例取向有序导热材料为碳纤维8，本实施例螺杆挤出机的挤出头1为圆筒式挤出头1，本实施例圆筒式挤出头1包括漏斗部和取向管道部、漏斗部入口管径为100mm，漏斗部长度为200mm，取向管道部的管长为200mm，取向管道部的入口管径为10mm，取向管道部的出口管径为5mm。

步骤三、把经挤出头1挤出的导热基料4通过点胶平铺的模式点在离型膜上，根据要求叠加成不同的厚度，最后覆盖上膜，施加一定压力压制成一体，经过烤箱或者隧道炉烘烤成型得到块状料6；成型后切成片状，即为有序取向的导热硅胶片材7，具体切割方式可以参看图4，阴影面为导热面。

上述各步骤中所用到的物料用量如下：

乙烯基聚硅氧烷50份；

导热粉体0份；

交联剂3份；

铂金催化剂3份；

抑制剂0.01份；

碳纤维50份。

本实施例抑制剂为炔醇类化合物、多乙烯基硅油二者按照质量比1:1复配得到的混合物。

本实施例的导热粉体3为铜粉与氧化铝按照质量比3:1复配而得的混合物，粒径均为2μm，需要说明的是，在其他实施例中，导热粉体3可以选用二氧化硅、氧化锌、氧化镁、氮化铝、氮化硅、氮化硼、碳化硅、铝粉、银粉或镍粉的一种或几种复配，导热粉体3的粒径在10μm-20μm之间，这些导热粉体3种类和粒径的选择，均是能够实现本发明技术目的的技术方案，也均是属于本发明所要求保护的范围之中的技术方案。

本实施例最终得到导热硅胶的厚度为2mm，需要说明的是，将导热硅胶制作成0.1-10mm之间，均是能够实现本申请发明目的的技术方案，落入本发明的保护范围。

将本实施例得到的导热硅胶进行导热系数测试，检测标准采用astm-d5470，得到本实施例的导热系数为13.5w/m*k，将本实施例得到的导热硅胶进行拉伸强度测试，检测标准采用astm-d882得到的结果1.81mpa。

实施例6

参看图6-9，一种挤出成型取向有序的导热硅胶制备工艺，其特征在于，包括以下制备步骤：

步骤一、将乙烯基聚硅氧烷、交联剂、抑制剂依次投入行星搅拌机中，搅拌1h，得到均匀的有机硅聚合物基料。

步骤二、将有机硅聚合物基料、导热粉体3、碳纤维8、铂金催化剂依次加入捏合机混合均匀后，将此混合基料加入螺杆挤出机内，螺杆挤出机内温度为120℃，通过压力挤压，经过长管输送，进行第一部分预取向，然后经过漏斗状通道进行互相挤压取向，再经挤出头1挤出，形成最终取向的导热基料4；本实施例取向有序导热材料为碳纤维8，本实施例螺杆挤出机的挤出头1为圆筒式挤出头1，本实施例圆筒式挤出头1包括漏斗部和取向管道部、漏斗部入口管径为200mm，漏斗部长度为200mm，取向管道部的管长为300mm，取向管道部的入口管径在20mm，取向管道部的出口管径在10mm。

步骤三、把经挤出头1挤出的导热基料4通过点胶平铺的模式点在离型膜上，根据要求叠加成不同的厚度，最后覆盖上膜，施加一定压力压制成一体，经过烤箱或者隧道炉烘烤成型得到块状料6；成型后切成片状，即为有序取向的导热硅胶片材7，具体切割方式可以参看图4，阴影面为导热面。

上述各步骤中所用到的物料用量如下：

乙烯基聚硅氧烷80份；

导热粉体80份；

交联剂5份；

铂金催化剂5份；

抑制剂0.01份；

碳纤维80份。

本实施例抑制剂为炔醇类化合物。

本实施例的导热粉体3为氮化硅与氮化硼按照质量比3:1复配而得的混合物，粒径均为1μm。

本实施例最终得到导热硅胶的厚度为2mm。

将本实施例得到的导热硅胶进行导热系数测试，检测标准采用astm-d5470，得到本实施例的导热系数为17.3w/m*k，将本实施例得到的导热硅胶进行拉伸强度测试，检测标准采用astm-d882得到的结果1.74mpa。

实施例7

参看图6-9，一种挤出成型取向有序的导热硅胶制备工艺，其特征在于，包括以下制备步骤：

步骤一、将乙烯基聚硅氧烷、交联剂、抑制剂、铂金催化剂依次投入行星搅拌机中，搅拌1h，得到均匀的有机硅聚合物基料。

步骤二、将有机硅聚合物基料、导热粉体3、碳纤维8依次加入捏合机混合均匀后，将此混合基料加入螺杆挤出机内，螺杆挤出机内温度为130℃，通过压力挤压，经过长管输送，进行第一部分预取向，然后经过漏斗状通道进行互相挤压取向，再经挤出头1挤出，形成最终取向的导热基料4；本实施例取向有序导热材料为碳纤维8，本实施例螺杆挤出机的挤出头1为圆筒式挤出头1,本实施例圆筒式挤出头1包括漏斗部和取向管道部、漏斗部入口管径为150mm，漏斗部长度为200mm，取向管道部的管长为200mm，取向管道部的入口管径为15mm，取向管道部的出口管径为8mm。

步骤三、把经挤出头1挤出的导热基料4通过点胶平铺的模式点在离型膜上，根据要求叠加成不同的厚度，最后覆盖上膜，施加一定压力压制成一体，经过烤箱或者隧道炉烘烤成型得到块状料6；成型后切成片状，即为有序取向的导热硅胶片材7，具体切割方式可以参看图4，阴影面为导热面。

上述各步骤中所用到的物料用量如下：

乙烯基聚硅氧烷30份；

导热粉体30份；

交联剂0.5份；

铂金催化剂0.8份；

抑制剂0.0001份；

碳纤维20份。

本实施例抑制剂为炔醇类化合物。

本实施例的导热粉体3为铝粉，铝粉的粒径为3μm。

本实施例最终得到导热硅胶的厚度为2mm。将本实施例得到的导热硅胶进行导热系数测试，检测标准采用astm-d5470，得到本实施例的导热系数为14.2w/m*k，将本实施例得到的导热硅胶进行拉伸强度测试，检测标准采用astm-d882得到的结果1.69mpa。

实施例8

参看图6和图10，本实施例的挤出头的取向管道较实施例5更为狭长，本实施例圆筒式挤出头1包括漏斗部和取向管道部、漏斗部入口管径为100mm，漏斗部长度为200mm，取向管道部的管长为500mm，取向管道部的入口管径为15mm，取向管道部的出口管径为8mm。

对比例1

本对比例与实施例1的区别在于，本对比例未按照本申请的螺杆挤出方式制作导热硅胶，而是按照普通的模具成型法制作导热硅胶，本对比例的配料与实施例1一致。将对比例得到的导热硅胶制进行导热系数测试，检测标准采用astm-d5470，得到本实施例的导热系数为2.7w/m*k，将本实施例得到的导热硅胶进行拉伸强度测试，检测标准采用astm-d882得到的结果0.61mpa。

对比例2

本对比例与实施例4的区别在于，本对比例未按照本申请的螺杆挤出方式制作导热硅胶，而是按照普通的模具成型法制作导热硅胶，本对比例的配料与实施例4一致。将对比例得到的导热硅胶制进行导热系数测试，检测标准采用astm-d5470，得到本实施例的导热系数为2.9w/m*k，将本实施例得到的导热硅胶进行拉伸强度测试，检测标准采用astm-d882得到的结果0.53mpa。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。