阅读说明：本技术 一种高性能导热硅脂及其制备方法 (High-performance heat-conducting silicone grease and preparation method thereof ) 是由 阮诗伦 段素萍 黄静静 孙秀洁 李书珍 于坦 张留新 于 2020-06-16 设计创作，主要内容包括：本发明属于一种热界面有机导热材料的技术领域,尤其涉及一种高性能导热硅脂及其制备方法,所述导热硅脂的具体组成成分是：基体导热油8％～20％、导热填料75％～91％和改性剂0.05％～5％,其中,所述导热填料主要为石墨烯和氧化铝。本发明中石墨烯的改性是将石墨烯加入到改性剂的乙醇溶液中,通过加热搅拌实现；氧化铝的改性是直接将改性剂加入到基体导热油中,通过加热搅拌使其均匀分散,此时改性剂亲油基团与基体油结合,然后再加入氧化铝粉,通过加热搅拌使粉体表面接上改性剂的亲水基团,从而实现粉体颗粒在基体油中较好的分散,并且增强了基体油与颗粒的结合,减少了结合界面的缺陷,降低了导热填料颗粒与基体的界面热阻。(The invention belongs to the technical field of thermal interface organic heat conduction materials, and particularly relates to a high-performance heat conduction silicone grease and a preparation method thereof, wherein the heat conduction silicone grease comprises the following specific components: 8-20% of matrix heat conducting oil, 75-91% of heat conducting filler and 0.05-5% of modifier, wherein the heat conducting filler mainly comprises graphene and aluminum oxide. The modification of the graphene is realized by adding the graphene into an ethanol solution of a modifier and heating and stirring the mixture; the modification of the alumina is to directly add the modifier into the matrix heat conduction oil, uniformly disperse the modifier through heating and stirring, combine the oleophilic group of the modifier with the matrix oil, then add the alumina powder, connect the hydrophilic group of the modifier on the surface of the powder through heating and stirring, thereby realizing the better dispersion of the powder particles in the matrix oil, enhancing the combination of the matrix oil and the particles, reducing the defects of a combination interface and reducing the interface thermal resistance of the heat conduction filler particles and the matrix.)

一种高性能导热硅脂及其制备方法

技术领域

本发明属于一种热界面有机导热材料的技术领域，尤其涉及一种高性能导热硅脂及其制备方法。

背景技术

近年来，电子产品越来越趋向于小型化和精细化，使得单位面积电子组件发热量剧增。电子元件的温度增加会导致性能劣化，所以必须将电子元件冷却，一般通过在产热构件附近安装冷却构件(散热器等)来实现。由于加工精度的限制，冷却构件与产热构件的接触面之间存在很多空隙，填充这些空隙的空气热阻很大，会大幅度降低散热效果。而导热硅脂具有较小的接触热阻，作为一种热界面材料，它可以很好的填充这些空隙，显著提高散热效果，延长电子产品的使用寿命。目前导热硅脂广泛应用于计算机、交换器、汽车、电源等诸多领域。

氧化铝粉是常见的导热粉体，Al₂O₃有许多同质异晶体，在1300℃以上的高温时几乎完全转化为α-Al₂O₃。α-氧化铝是所有氧化铝中最稳定的物相，粒度分布均匀、纯度高、高分散。其比表面低，具有耐高温的惰性，但不属于活性氧化铝，几乎没有催化活性，所以热稳定性好，耐腐蚀。氧化铝的导热系数约为31W/m·K，有多种形貌，而且价格低廉，是导热硅脂常用的导热填料。石墨烯是目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料，是碳原子以六边形蜂巢状排列构成的单层二维晶体，单层石墨烯的导热系数高达5300W/m·K，是制备导热材料的优异填料。但由于范德华力的存在，纳米石墨烯极易团聚，且与基体油相容性差，不易分散，影响导热系数提升。现有技术中石墨烯导热硅脂的制备工艺方法及其复杂，成本较大，如何提高石墨烯的协同导热作用，而且简化工艺，降低成本，值得我们进行研究。

发明内容

本发明的目的是解决上述问题，提供一种纳米石墨烯片协同氧化铝导热，提高纳米石墨烯片的协同导热作用，而且工艺简单和成本比较低的高性能导热硅脂制备方法。

为了解决上述问题，本发明所采取的技术方案是：

一种高性能导热硅脂，所述导热硅脂的具体组成成分是：基体导热油8％～20％、导热填料75％～91％和改性剂0.05％～5％。

所述的基体导热油选自二甲基硅油、乙烯基硅油；长链烷基改性硅油、季戊四醇酯、二季戊四醇酯或季戊四醇酯四异硬脂酸中的一种或者两种以上混合物。

所述的导热填料选自纳米石墨烯片、球形氧化铝或类球形氧化铝中的一种或者两种以上混合物，所述导热填料的粒径为0.3～20μm。

所述的导热填料选自纳米石墨烯片，并选自球形氧化铝或类球形氧化铝中的一种或者两种，所述导热填料的粒径为0.3～20μm。

所述的纳米石墨烯片包括GNP-1和GNP-2，所述的GNP-1直径为5-10um，少于20层；所述的GNP-2直径为2-16um，少于30层。

所述的球形氧化铝和类球形氧化铝的尺寸有大、中、小三种粒径，大粒径为10～20μm，中粒径为3～8μm，小粒径为0.3～1μm。

所述的改性剂选自硅烷偶联剂KH550、硅烷偶联剂KH560、硅烷偶联剂KH470、A-171、阴离子表面活性剂SDS、阴离子表面活性剂SDBS、硬脂酸中的一种或者两种以上混合物。

一种高性能导热硅脂的制备方法，该方法包括以下步骤：

①将所述的改性剂加入到所述的基体导热油中，在90℃温度下搅拌0.5h，搅拌均匀后，再按大、小、中粒径依次分批加入所述的导热填料，边加入边搅拌，得到预混物；

②将预混物研磨1-2h后抽真空，得到所述的高性能导热硅脂。

本发明的增益效果是：

本发明对纳米石墨烯片的改性，是将粉体质量0.5％-5％的改性剂用乙醇溶液配制成浓度为0.01％-0.1％的溶液，再向溶液中加入一定量纳米石墨烯片，50℃加热搅拌1h得到混合溶液，置于烘箱中烘干，得到改性后的石墨烯粉体；本发明在纳米石墨烯片协同氧化铝导热的时候，实施例4和7中的导热系数分别是2.549和2.835，与不加纳米石墨烯片的导热硅脂(实施例3和6)相比，导热系数提升5-12％。

本发明中氧化铝的改性是用直接改性法，首先将一定量的改性剂加入到基体导热油中，通过加热搅拌使改性剂均匀分散在基体导热油中，此时改性剂的亲油基团和基体导热油结合，然后再加入氧化铝粉，在加热搅拌的过程中，粉体表面接上改性剂的亲水基团，从而实现粉体颗粒在基体油中较好的分散，并且增强了基体油与颗粒的结合，减少了结合界面的缺陷，降低了导热填料颗粒与基体的界面热阻。与提前包覆改性的方法相比，此方法既可以简化制备工艺，又可以达到改性效果。

具体实施方式

实施例1、2、3、6导热硅脂的制备步骤如下：

(1)将改性剂与基体导热油按比例混合，90℃加热搅拌0.5h得到混合物1；

(2)将氧化铝粉按照表1中的比例进行级配后加入到混合物1中，再搅拌0.5h后得到预混物；

(3)将预混物置于三辊机中研磨1-2h，抽真空，得到均质的导热硅脂。

实施例4、5、7、8导热硅脂的制备步骤如下：

(1)将粉体质量5％的改性剂用乙醇溶液配制成浓度为0.1％的溶液，再将导热填料C7、C8石墨烯加入到溶液中，50℃加热搅拌1h得到混合溶液，之后放入烘箱中烘干，得到改性后的石墨烯；

(2)将改性剂与基体导热油按比例混合，90℃加热搅拌0.5h得到混合物1；

(3)将改性后的纳米石墨烯片和按照表1中的比例进行级配后的氧化铝粉分别加入到混合物1中，再搅拌0.5h后得到预混物；

(4)将预混物置于三辊机中研磨1-2h，抽真空，得到均质的导热硅脂。

步骤(1)中将粉体质量5％的改性剂用乙醇溶液配制成浓度为0.1％的溶液，改性剂选自选自硅烷偶联剂KH550、硅烷偶联剂KH560、硅烷偶联剂KH470、A-171、阴离子表面活性剂SDS、阴离子表面活性剂SDBS、硬脂酸中的一种或者两种以上混合物。

表1实施例1～8高性能导热硅脂的组成

注：原料组分说明如下

(A)基体油

A1：二甲基硅油

A2：长链烷基改性硅油

(B)改性剂

B1：阴离子表面活性剂SDS

(C)导热填料

C1：球形氧化铝(平均粒径20μm)

C2：球形氧化铝(平均粒径5μm)

C3：球形氧化铝(平均粒径0.5μm)

C4：类球形氧化铝(平均粒径18μm)

C5：类球形氧化铝(平均粒径5μm)

C6：类球形氧化铝(平均粒径0.5μm)

C7：GNP-1(平均直径为5-10um，少于20层)

C8：GNP-2(平均直径为2-16um，少于30层)

将实施例1-8得到的导热硅脂根据ASTM C1113、ASTM D5930用夏溪TC3200通用型导热系数仪在30℃下进行导热系数测试，结果如表2所示。

表2：实施例1-8得到的导热硅脂的导热系数

结果表明，相同固含量的前提下，类球形氧化铝比球形氧化铝填充的导热硅脂导热性能好；石墨烯可协同氧化铝导热，可提升导热系数到5-12％。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。