阅读说明：本技术 一种复合导热材料、硅橡胶及其制备方法和应用 (Composite heat conduction material, silicone rubber and preparation method and application thereof ) 是由 黄计锋 闻明 徐华斌 练志良 于 2020-07-27 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种复合导热材料、硅橡胶及其制备方法和应用,所述复合导热材料的原料包括氧化铝、氧化镁、氧化锌和改性剂,所述氧化铝、氧化镁、氧化锌的质量比为8～10:4～6:1～2,所述硅橡胶包括如下重量份的原料：羟基封端聚二甲基硅氧烷100份；二甲基硅油5～10份；复合导热材料500～900份；交联剂10～20份；催化剂5～15份。本发明通过将无机粉体进行合理搭配和表面处理得到复合导热材料,可有效改善硅橡胶的导热率和绝缘性。(The invention discloses a composite heat conduction material, silicone rubber, and a preparation method and application thereof, wherein the raw materials of the composite heat conduction material comprise aluminum oxide, magnesium oxide, zinc oxide and a modifier, the mass ratio of the aluminum oxide to the magnesium oxide to the zinc oxide is 8-10: 4-6: 1-2, and the silicone rubber comprises the following raw materials in parts by weight: 100 parts of hydroxyl-terminated polydimethylsiloxane; 5-10 parts of dimethyl silicone oil; 500-900 parts of composite heat conduction material; 10-20 parts of a crosslinking agent; 5-15 parts of a catalyst. According to the invention, the inorganic powder is reasonably matched and subjected to surface treatment to obtain the composite heat conduction material, so that the heat conductivity and the insulativity of the silicon rubber can be effectively improved.)

一种复合导热材料、硅橡胶及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于橡胶技术领域，尤其涉及一种复合导热材料、硅橡胶及其制备方法和应用。

背景技术

在电子元器件的制造加工过程中，普遍需要使用到硅橡胶进行粘结。随着科学技术的发展，电子元器件的功率增大，发热量随之增大，除了对硅橡胶具有较好的粘接固定要求外，还需具有更高的导热率。然而目前市面上的导热阻燃室温硅橡胶导热系数在2.0W/m·k以下，难以满足生产需求，因此亟需研发一种具有高导热性的硅橡胶。

在公开的专利中，CN102618041A报道了以氧化锌、氧化铝、氮化铝、氮化硼为导热填料，甲基乙烯基硅橡胶为基胶，经高温硫化后得到导热硅橡胶，导热系数2.5～3.8W/m·k，体积电阻率10¹³～10¹⁴Ω·cm；CN101067044A报道了以氧化铝为导热填料制备高导热绝缘硅橡胶，但这两种高温硫化硅橡胶不适宜用于电子元器件的粘接。CN109206915A报道了以氧化铝为主要导热填料，氮化铝和碳化硅为辅助导热填料，α,ω-端羟基聚二甲基硅氧烷为基体，四甲氧基硅烷为交联剂，制得一种导热绝缘室温硫化硅橡胶，但没有给出产品导热系数数据，而且氮化铝价格高，即使添加量少也会对产品价格产生明显影响。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的第一个目的是提供一种复合导热材料，所述复合导热材料能够有效提高硅橡胶的导热性能。

为实现上述目的，本发明采取如下技术方案：

一种复合导热材料，其原料包括氧化铝、氧化镁、氧化锌和硅烷改性剂，所述氧化铝、氧化镁、氧化锌的质量比为8～10:4～6:1～2。

所述氧化铝为球形氧化铝，粒径为30～40μm。

所述氧化镁为球形氧化镁，粒径为10～20μm。

所述氧化锌粒径为0.5～2μm。

所述硅烷改性剂占所述复合导热材料原料总质量的1％～2％，优选1.2％。

所述硅烷改性剂选自γ-氨丙基三乙氧基硅烷、十二烷基三甲氧基硅烷中的至少一种。

本发明的第二个目的是提供上述复合导热材料的制备方法，包括如下步骤：

将氧化铝、氧化镁、氧化锌和硅烷改性剂混合，反应得到复合导热材料。

所述反应温度为120～130℃。

所述反应在高速搅拌下进行，搅拌速度为500～1000r/min，搅拌时间为30～60min，优选800r/min、45min。

所述氧化铝、氧化镁、氧化锌通过高速搅拌进行混合，搅拌速度为500～1000r/min，搅拌时间为5～15min，优选800r/min、10min。

本发明的第三个目的是提供一种硅橡胶，所述硅橡胶具有导热率高、绝缘性能好。

具体地，一种硅橡胶，包括如下重量份的原料：

羟基封端聚二甲基硅氧烷100份；

二甲基硅油5～10份；

复合导热材料500～900份；

交联剂10～20份；

催化剂5～15份。

所述硅橡胶的原料还包括阻燃剂，所述阻燃剂的质量份为5～15份。

所述硅橡胶的原料还包括增粘剂，所述增粘剂的质量份为5～15份。

所述羟基封端聚二甲基硅氧烷在23℃下的粘度为500～2000mPa·s。

所述二甲基硅油在23℃下的粘度为100～1000mPa·s。

所述阻燃剂为氢氧化铝、氢氧化镁和三聚氰胺尿酸盐其中的一种或几种的混合物。

所述交联剂为甲基三甲氧基硅烷、乙基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、乙基三乙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷其中一种或几种的混合物。

所述催化剂为钛酸四叔丁酯、2-乙基己氧基钛酸酯、二月桂酸二丁基锡、二乙酸二丁基锡、二(2-乙基己酸)二丁基锡、二异辛基马来酸二丁基锡、二新癸酸二甲基锡的一种或其中几种的混合物。

所述增粘剂为γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷、3-(2,3-环氧丙氧)丙基甲基二甲氧基硅烷、3-脲基丙基三甲氧基硅烷、3-异氰酸酯基丙基三乙氧基硅烷、N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷的一种或其中几种的混合物。

本发明的另一目的是提供所述硅橡胶的制备方法，包括如下步骤：

(1)将端羟基聚二甲基硅氧烷、二甲基硅油、复合导热材料混合，脱水；

(2)加入交联剂、催化剂，反应得到硅橡胶。

步骤(1)中，所述脱水温度为100～160℃，优选140℃。

步骤(2)中，所述反应在真空下进行，真空度为-0.1MPa。

本发明的又一目的是提供所述硅橡胶在粘结电子元器件中的应用。

相对于现有技术，本发明具有如下有益效果：

(1)本发明通过将无机粉体进行合理搭配和表面处理得到复合导热材料，所述复合导热材料具有良好的导热效果和绝缘性能。

(2)本发明的复合导热材料的原料采用价格较低的氧化铝、氧化镁和氧化锌，不需要使用价格高的氮化铝、氮化硼、氮化硅等，可有效降低成本。

(3)本发明的硅橡胶导热率高、绝缘性好，可有效应用于电子元器件的粘结。

具体实施方式

以下结合具体的实施例进一步说明本发明的技术方案。

实施例1

本实施例提供一种硅橡胶，属于脱醇型室温硫化硅橡胶，其包括以下质量份原料：

(A)组分：100份1000mPa·s羟基封端聚二甲基硅氧烷；

(B)组分：7份100mPa·s二甲基硅油；

(C)组分：800份复合导热材料；

(D)组分：5份氢氧化铝；

(E)组分：15份甲基三甲氧基硅烷；

(F)组分：10份钛酸四叔丁酯；

(G)组分：10份γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷。

其中(C)组分按以下方法配制：

按质量比10:6:1称取40μm球形氧化铝、30μm球形氧化镁、2μm氧化锌投入高速分散机，800r/min高速搅拌10min，按总填料量1.2％加入γ-氨丙基三乙氧基硅烷，升温至120～130℃，800r/min高速搅拌45min。

所述硅橡胶的制备方法包括如下步骤：

将(A)、(B)、(C)、(D)投入捏合机混合均匀，然后升温至140℃，抽真空脱水分2h，降温至30℃以下，加入(E)、(F)、(G)，在真空度为-0.1MPa条件下搅拌30min得到硅橡胶。

实施例2

本实施例提供一种硅橡胶，包括以下质量份原料：

(A)组分：100份1000mPa·s羟基封端聚二甲基硅氧烷；

(B)组分：5份100mPa·s二甲基硅油；

(C)组分：500份复合导热材料；

(D)组分：10份氢氧化铝；

(E)组分：10份甲基三甲氧基硅烷；

(F)组分：10份2-乙基己氧基钛酸酯；

(G)组分：5份γ-氨丙基三甲氧基硅烷。

其中(C)按以下方法配制：

按质量比10:4:1称取40μm球形氧化铝、20μm球形氧化镁、1μm氧化锌投入高速分散机，800r/min高速搅拌10min，按总填料量1.2％加入偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷，升温至120～130℃，800r/min高速搅拌45min。

所述硅橡胶的制备方法包括如下步骤：

将(A)、(B)、(C)、(D)投入捏合机混合均匀，然后升温至140℃，抽真空脱水分2h，降温至30℃以下，加入(E)、(F)、(G)，真空条件下搅拌30min得到硅橡胶。

实施例3

本实施例提供一种硅橡胶，包括以下质量份原料：

(A)组分：100份1500mPa·s羟基封端聚二甲基硅氧烷；

(B)组分：8份100mPa·s二甲基硅油；

(C)组分：800份复合导热材料；

(D)组分：8份氢氧化镁；

(E)组分：15份乙烯基三甲氧基硅烷；

(F)组分：5份二月桂酸二丁基锡；

(G)组分：10份N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷。

其中(C)按以下方法配制：按质量比10:5:2称取40μm球形氧化铝、30μm球形氧化镁、0.5μm氧化锌投入高速分散机，800r/min高速搅拌10min，按总填料量1.2％加入偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷，升温至120～130℃，800r/min高速搅拌45min。

所述硅橡胶的制备方法包括如下步骤：

将(A)、(B)、(C)、(D)投入捏合机混合均匀，然后升温至140℃，抽真空脱水分2h，降温至30℃以下，加入(E)、(F)、(G)，真空条件下搅拌30min得到硅橡胶。

实施例4

本实施例提供一种硅橡胶，包括以下质量份原料：

(A)组分：100份1500mPa·s羟基封端聚二甲基硅氧烷；

(B)组分：10份100mPa·s二甲基硅油；

(C)组分：900份复合导热材料；

(D)组分：1份三聚氰胺尿酸盐；

(E)组分：15份乙烯基三甲氧基硅烷；

(F)组分：5份二乙酸二丁基锡；

(G)组分：15份3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷。

其中(C)按以下方法配制：按质量比8:5:1称取40μm球形氧化铝、30μm球形氧化镁、2μm氧化锌投入高速分散机，800r/min高速搅拌10min，按总填料量1.2％加入偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷，升温至120～130℃，800r/min高速搅拌45min。

所述硅橡胶的制备方法包括如下步骤：

将(A)、(B)、(C)、(D)投入捏合机混合均匀，然后升温至140℃，抽真空脱水分2h，降温至30℃以下，加入(E)、(F)、(G)，真空条件下搅拌30min得到脱醇型高绝缘高导热阻燃室温硫化硅橡胶。

实施例5

本实施例提供一种硅橡胶，包括以下质量份原料：

(A)组分：100份2000mPa·s羟基封端聚二甲基硅氧烷；

(B)组分：10份500mPa·s二甲基硅油；

(C)组分：900份复合导热材料；

(D)组分：1份三聚氰胺尿酸盐；

(E)组分：15份乙烯基三甲氧基硅烷；

(F)组分：5份二乙酸二丁基锡；

(G)组分：15份3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷。

其中(C)按以下方法配制：按质量比8:5:1称取40μm球形氧化铝、30μm球形氧化镁、1μm氧化锌投入高速分散机，800r/min高速搅拌10min，按总填料量1.2％加入偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷，升温至120～130℃，800r/min高速搅拌45min。

所述硅橡胶的制备方法包括如下步骤：

将(A)、(B)、(C)、(D)投入捏合机混合均匀，然后升温至140℃，抽真空脱水分2h，降温至30℃以下，加入(E)、(F)、(G)，真空条件下搅拌30min得到脱醇型高绝缘高导热阻燃室温硫化硅橡胶。

对比例1

本对比例与实施例5相似，不同之处在：用于制备复合导热材料的球形氧化铝、球形氧化镁和氧化锌的比例为6:7:3。

对比例2

本对比例与实施例5相似，不同之处在：用于制备复合导热材料的原料中省去氧化镁与氧化锌。

对比例3

本对比例与实施例5相似，不同之处在：用于制备复合导热材料的原料中省去球形氧化铝和氧化锌。

对比例4

本对比例与实施例5相似，不同之处在：用于制备复合导热材料的原料中省去球形氧化铝和球形氧化镁。

性能检测

对实施例1～5制备的硅橡胶进行性能测试，其中硬度、剥离强度和绝缘阻抗的数据为产品在25±5℃、55±10％Rh环境下固化7天后测试所得，具体的测试结果如表1和表2所示。

测试标准和方法如下：

硬度：GB/T 531-1999；

拉伸强度：GB/T 528-1998；

伸长率：GB/T 528-1998；

剥离强度：GB/T 13477.18-2003；

电压击穿强度：ASTM D149-97a；

体积电阻率：ASTM D257-2007。

表1实施例硅橡胶的性能测试结果

表2对比例硅橡胶的性能测试结果

测试项目	对比例1	对比例2	对比例3	对比例4
					导热系数(W/m·k)	2.01	1.98	2.21	1.78
硬度(A)	86	81	81	78
					拉伸强度(MPa)	2.72	2.59	2.73	2.48
伸长率(％)	32	41	39	75
					剥离强度(N/mm)	2.67	2.52	2.63	2.76
电压击穿强度(KV/mm)	19	18	18	9
					体积电阻率(Ω·cm)	6.5×10<sup>12</sup>	5.6×10<sup>12</sup>	6.7×10<sup>12</sup>	1.8×10<sup>11</sup>
阻燃等级	UL-94V0	UL-94V0	UL-94V0	UL-94V0

由表1和表2可知，按照本发明方案特定比例将球形氧化铝、球形氧化镁和氧化锌制备成复合导热材料，并用于制备硅橡胶，所得硅橡胶的导热率高、剥离强度高、绝缘性好，可以满足大功率电子元器件的粘接固定、散热和绝缘要求，可用于粘结各种大功率电子元器件。相比之下，当复合导热材料中球形氧化铝、球形氧化镁和氧化锌未按照本发明的配比8～10:4～6:1～2进行复合，或者导热材料仅由球形氧化铝、球形氧化镁和氧化锌中的一种制成，所制硅橡胶的导热系数、拉伸强度、剥离强度、电阻等性能均明显降低。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。