CN114106560A - 一种导热硅胶的制备方法及制品 - Google Patents

Abstract

本发明涉及硅橡胶领域，具体涉及一种导热硅胶的制备方法及制品，其主要由硅橡胶、导热填料、氢氧化镁、气相二氧化硅、催化剂以及交联剂组成，其中，所述导热填料包括重量份比为1:(1‑2)的氮化硼和石墨烯。通过先将导热填料进行捏合，然后在进行等离子体表面处理，得到表面处理的导热填料；然后在80‑120℃的条件下，将硅橡胶、步骤一得到的导热填料、氢氧化镁、气相二氧化硅、催化剂以及交联剂混合均匀，最后将得到的物料在80‑120℃下硫化制得阻燃导热硅胶。本申请的硅胶产品解决了目前制备的硅胶产品无法兼顾导热性能、粘度、固化后结构强度的问题，此外，制得的硅胶产品还具有环保低毒，耐低温性能好的优点。

Description

一种导热硅胶的制备方法及制品

技术领域

本发明涉及硅胶领域，具体涉及一种导热硅胶的制备方法及制品。

背景技术

目前，大多数的电子产品、航空航天产品等都日渐趋向于小型化和轻薄化发展，使用导热材料进行有效的热量散发成为保障电子产品可靠性和寿命的关键。其中，由于导热硅胶具有固化方便、易于灌封、导热填充填量大，因而导热硅胶成为主要的导热材料之一。导热硅胶片是以硅胶为基材，添加金属氧化物等各种辅材，通过特殊工艺合成的一种导热介质材料，是专门为利用缝隙传递热量的设计方案生产，能够填充缝隙，完成发热部位与散热部位间的热传递。

目前的硅胶产品在阻燃等级上已是94V0，但目前的产品导热系数较低，正常是在1W左右，而且为了提高其导热性能，会添加过多的导热填料，会增加胶水的粘稠度，不利于施工，固化后结构强度过差。即是，目前的硅胶产品无法兼顾导热性能高、粘度低、利于施工、固化后结构强度高等多个性能，而且也无法保证无硅油及低分子物质析出的问题。

有鉴于此，确有必要提供一种解决上述问题的技术方案。

发明内容

本发明的目的之一在于：提供一种导热硅胶的制备方法，以解决目前制备的硅胶产品无法兼顾导热性能、粘度、固化后结构强度的问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种导热硅胶的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：按照重量份计，将导热填料进行捏合，捏合转速为35-60r/min，然后在处理功率为20-100W的条件下进行等离子体表面处理0.5-2s，得到表面处理的导热填料；所述导热填料为重量份比为1:(1-2)的氮化硼和石墨烯；

步骤二：在80-120℃的条件下，将硅橡胶、步骤一得到的导热填料、氢氧化镁、气相二氧化硅、催化剂以及交联剂混合均匀，搅拌速度为40-70转/min，搅拌时间为3-8h；其中，按重量份计，所述硅橡胶为100份，导热填料为3-10份，氢氧化镁为8-15份，气相二氧化硅为1-10份，催化剂为1-5份，交联剂为2-8份；

步骤三：将步骤二得到的物料在80-120℃下硫化，得到阻燃导热硅胶。

本申请采用上述制备方法及配方制备硅胶，配方环保低毒。其中石墨烯和氮化硼均具有良好的导热性能，但单独采用石墨烯或单独采用氮化硼用于硅胶的导热填料，均需要添加足够的量才能起到较好的导热效果，且其导热效果受石墨烯或氮化硼物质本身的特性限制，当需要在硅胶配方中添加阻燃填料以赋予硅胶的阻燃性能时，必然会影响导热填料在硅胶配方中的占比，但是若大量添加导热填料则会影响硅胶的力学性能，不仅不利于施工，且固化后结构强度过差。基于此，本申请的方案通过将特定量的氮化硼和石墨烯配以气相二氧化硅进行复配使用后，其制备得到的硅胶在导热性能上得到显著的提升，添加较少量的导热填料即能起到较好的导热性能，而又不影响硅胶的阻燃性能和力学性能，此外，制备得到的硅胶产品具有较好的耐低温性能。

优选的，所述氮化硼和石墨烯的重量份比为1:1。将氮化硼和石墨烯采用上述特定的配比后，所制备得到的硅胶产品在导热性能和力学性能上均具有较佳的表现。

优选的，所述导热填料经过等离子体表面处理。通过将导热填料经过等离子体中释放的高能粒子对氮化硼和石墨烯进行轰击，增加颗粒表面的粗糙度，提高颗粒的活性，使两者更利于与配方中的其他组分进行作用，从而有利于提高硅胶产品的导热性能。

优选的，所述等离子体表面处理的处理功率为20-100W，处理时间为0.5-2s。等离子体处理的参数控制在上述范围，能提高对导热填料的处理效果，而又不致于破坏导热填料的结构而失活。

优选的，所述氢氧化镁为改性氢氧化镁，所述改性氢氧化镁主要由以下步骤制得：

步骤一：将氢氧化镁粉末加入去离子水中，然后超声分散形成浆料；

步骤二：将步骤一得到的浆料滴加至硬脂酰乳酸钠中，然后在40-80℃下进行搅拌，然后进行抽滤，烘干并粉碎，得到改性氢氧化镁粉末。

氢氧化镁本身具有较优的阻燃性能，同时具有环保、消烟、安全、低价格等优点，但是氢氧化镁添加量较少，会导致阻燃效果不足，而若大量添加氢氧化镁则会导致其硅胶材料的力学性能和加工性能均变差。本申请采用硬脂酰乳酸钠对氢氧化镁进行表面改性，能大大降低氢氧化镁的表面能，能增强氢氧化镁与硅胶配方中其他组分的结合能力，使得氢氧化镁能在硅胶配方体系中分散均匀，保证硅胶产品各个部位的阻燃性能以及提高产品的力学性能。

优选的，所述步骤二中，在烘干前先将抽滤得到的产物进行冷压1min，然后热压5min，最后再冷压5min。有利于对抽滤得到的产物进行粉碎，得到粒径相对均匀细腻的粉末。

优选的，所述步骤二中，粉碎后筛选粒径小于1.2μm的改性氢氧化镁粉末。

优选的，所述步骤二中，将氢氧化镁平均分成三份，在搅拌时间内每隔30min依次加入。有利于硅胶制备过程中后续的硫化反应，提高硅胶产品的耐低温性能。

优选的，所述硫化时间为0.5-5h。控制硫化时间在上述范围内，能保证硅胶产品制备过程的硫化效果，以制得力学性能优良和耐低温性好的硅胶产品，而又不致于导致硅胶分子链产生裂解反应，造成交联断裂，影响硅胶产品的使用性能。

本发明的目的之二在于，提供一种由上述任一项所述的导热硅胶的制备方法制得的阻燃导热硅胶。

相比于现有技术，本发明的有益效果在于：

1)本发明通过采用特定配比的氮化硼和石墨烯配以气相二氧化硅进行复配使用后，其制备得到的硅胶在导热性能上得到显著的提升，添加较少量的导热填料即能起到较好的导热性能，而又不影响硅胶的阻燃性能和力学性能。

2)此外，本发明提供的硅胶配方整体环保无毒。

3)本发明通过对导热填料进行等离子体表面处理，能有助于导热填料与配方中的其他组分进行作用，从而有利于提高硅胶产品的导热性能，同时保证硅胶的阻燃性能和力学性能。

具体实施方式

为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施方式，对本发明及其有益效果作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

一种导热硅胶的制备方法，具体步骤如下：

步骤一：预先将3g导热填料进行捏合，捏合转速为45r/min，导热填料由1g氮化硼和2g石墨烯组成，氮化硼与石墨烯的重量份比为1:2。

步骤二：在80℃的条件下，将100g硅橡胶、步骤一得到的3g导热填料、8g氢氧化镁、1g气相二氧化硅、1g铂金催化剂以及2g甲基含氧硅油(交联剂)混合均匀。混合的搅拌速度为70转/min，搅拌时间为2h。其中，硅橡胶可以选自甲基硅橡胶生胶、甲基乙烯基硅橡胶生胶、乙基乙烯基硅橡胶生胶或甲基苯基乙烯基硅橡胶中的至少一种，在本实施例中，硅橡胶为甲基硅橡胶生胶。

步骤三：将步骤二得到的物料在80℃下硫化，硫化时间为5h，即可得到阻燃导热硅胶。

实施例2

一种导热硅胶的制备方法，具体步骤如下：

步骤一：预先将6g导热填料进行捏合，捏合转速为35r/min，导热填料由3g氮化硼和3g石墨烯组成，氮化硼与石墨烯的重量份比为1:1。

步骤二：在120℃的条件下，将100g硅橡胶、步骤一得到的6g导热填料、15g氢氧化镁、10g气相二氧化硅、5g铂金催化剂以及8g甲基含氧硅油(交联剂)混合均匀。混合的搅拌速度为40转/min，搅拌时间为5h。

步骤三：将步骤二得到的物料在120℃下硫化，硫化时间为2h，即可得到阻燃导热硅胶。

实施例3

一种导热硅胶的制备方法，具体步骤如下：

步骤一：预先将10g导热填料进行捏合，捏合转速为60r/min，导热填料由4g氮化硼和6g石墨烯组成，氮化硼与石墨烯的重量份比为1:1.5。

步骤二：在100℃的条件下，将100g硅橡胶、步骤一得到的10g导热填料、12g氢氧化镁、5g气相二氧化硅、3g铂金催化剂以及5g甲基含氧硅油(交联剂)混合均匀。混合的搅拌速度为50转/min，搅拌时间为3h。

步骤三：将步骤二得到的物料在100℃下硫化，硫化时间为0.5h，即可得到阻燃导热硅胶。

表1实施例1-3各组分的用量

实施例4

一种导热硅胶的制备方法，与实施例1的区别在于，本实施例的导热填料经过等离子体表面处理，具体处理参数如下：处理功率为20W，处理时间为2s。

实施例5

一种导热硅胶的制备方法，与实施例1的区别在于，本实施例的导热填料经过等离子体表面处理，具体处理参数如下：处理功率为100W，处理时间为0.5s。

实施例6

一种导热硅胶的制备方法，与实施例2的区别在于，本实施例的导热填料经过等离子体表面处理，具体处理参数如下：处理功率为50W，处理时间为1s。

实施例7

一种导热硅胶的制备方法，与实施例3的区别在于，本实施例的氢氧化镁采用改性氢氧化镁，改性氢氧化镁的制备方法如下：

步骤一：将12g氢氧化镁粉末加入20ml的去离子水中，然后超声分散30min，形成浆料；

步骤二：将步骤一得到的浆料滴加至12ml硬脂酰乳酸钠中，然后在40℃下进行搅拌，然后进行抽滤，烘干并粉碎，得到改性氢氧化镁粉末。

实施例8-9

一种导热硅胶的制备方法，与实施例7的区别在于，制备改性氢氧化镁的各个步骤的参数不同，具体参见表2。

表2实施例7-9中改性氧化镁的制备步骤参数

实施例10

一种导热硅胶的制备方法，与实施例7的区别在于，制备改性氢氧化镁的步骤二不同，具体如下：将步骤一得到的浆料滴加至12ml硬脂酰乳酸钠中，然后在40℃下进行搅拌，然后进行抽滤，将抽滤得到的产物进行冷压1min，然后热压5min，最后再冷压5min，接着烘干并粉碎，得到改性氢氧化镁粉末。

实施例11

一种导热硅胶的制备方法，与实施例8的区别在于，将得到的改性氢氧化镁粉末进行筛选，获得粒径小于1.2μm的改性氢氧化镁粉末。

实施例12

一种导热硅胶的制备方法，与实施例1的区别在于，在制备改性氢氧化镁的步骤二中，将氢氧化镁平均分成三份，在搅拌时间内每隔30min依次加入。

对比例1

一种导热硅胶的制备方法，与实施例1的区别在于，采用同用量的氢氧化镁替代气相二氧化硅。

对比例2

一种导热硅胶的制备方法，与实施例2的区别在于，采用6g石墨烯替代石墨烯与氮化硼的复合材料作为导热填料。

对比例3

一种导热硅胶的制备方法，与实施例2的区别在于，采用1g氮化硼和5g石墨烯作为导热填料。

测试项目：

1、阻燃性能测试：根据GB T 2408-2008分别对实施例1-12以及对比例1-3所制备得到的硅胶产品进行阻燃性能的检测，具体检测结果见表3。

2、导热性能测试：根据ASTM D5470分别对实施例1-12以及对比例1-3所制备得到的硅胶产品进行导热性能的检测，具体检测结果见表3。

3、力学性能测试：根据GB/T528-1998分别对实施例1-12以及对比例1-3所制备得到的硅胶产品进行拉伸强度测试和扯断伸长率测试，具体检测结果见表3。

4、耐低温性能测试：将实施例1-12以及对比例1-3所制得的硅胶产品在-20℃的低温条件下放置48小时后，分别对其进行拉伸强度测试和扯断伸长率测试(拉伸强度测试和扯断伸长率测试与上述力学性能测试的测试标准一样)，并与初始状态的拉伸强度和扯断伸长率进行对比，得到低温性能变化，具体检测结果见表3。

表3测试结果

根据表3并结合实施例1-12以及对比例1-3可以看出，本申请通过将特定配比的氮化硼和石墨烯配以气相二氧化硅进行复配使用后，其制备得到的硅胶的导热系数从小于2W/m·k提升至2W/m·k，且具有较好的力学性能，从而解决因添加阻燃剂而降低硅胶的导热效果和力学性能的问题。

根据表3并对比实施例1-3可以看出，将氮化硼和石墨烯的用量配比设置为1:1时，所制得的硅胶在导热性能和力学性能上均表现更佳。

根据表3并对比实施例1和实施例4-5以及实施例2和实施例6，通过对导热填料进行等离子体表面处理，能显著提高硅胶产品的导热性能。

对比实施例3和实施例7-9，本申请采用硬脂酰乳酸钠对氢氧化镁进行改性，得到氢氧化镁能更均匀分散在硅胶配方体系中，使制得的硅胶产品的拉伸强度从5.2MPa提升至6MPa以上，扯断拉伸率从255％提升至270％左右，即提高了硅胶产品的力学性能。同时，在对氢氧化镁改性的过程中，在抽滤后对得到的产物进行冷压和热压的处理，以及对得到的粉末进行粒径的筛选，采用粒径较为细腻的氢氧化镁粉末添加至硅胶配方体系中，能进一步提高硅胶产品的力学性能。

在硅胶的制备过程中，将氢氧化镁分批次加入，能有利于硅胶后续的硫化反应，能改善硅胶产品的耐低温性能。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还能够对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上述的具体实施方式，凡是本领域技术人员在本发明的基础上所作出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (8)

1.一种导热硅胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：按照重量份计，将导热填料进行捏合，捏合转速为35-60r/min，然后在处理功率为20-100W的条件下进行等离子体表面处理0.5-2s，得到表面处理的导热填料；所述导热填料为重量份比为1:(1-2)的氮化硼和石墨烯；

步骤二：在80-120℃的条件下，将硅橡胶、步骤一得到的导热填料、氢氧化镁、气相二氧化硅、催化剂以及交联剂混合均匀，搅拌速度为40-70转/min，搅拌时间为3-8h；其中，按重量份计，所述硅橡胶为100份，导热填料为3-10份，氢氧化镁为8-15份，气相二氧化硅为1-10份，催化剂为1-5份，交联剂为2-8份；

步骤三：将步骤二得到的物料在80-120℃下硫化，得到阻燃导热硅胶。

2.根据权利要求1所述的一种导热硅胶的制备方法，其特征在于，所述导热填料经过等离子体表面处理；所述等离子体表面处理的处理功率为20-100W，处理时间为0.5-2s。

3.根据权利要求1所述的一种导热硅胶的制备方法，其特征在于，所述氢氧化镁为改性氢氧化镁，所述改性氢氧化镁主要由以下步骤制得：

步骤一：将氢氧化镁粉末加入去离子水中，然后超声分散形成浆料；

步骤二：将步骤一得到的浆料滴加至硬脂酰乳酸钠中，然后在40-80℃下进行搅拌，然后进行抽滤，烘干并粉碎，得到改性氢氧化镁粉末。

4.根据权利要求3所述的一种导热硅胶的制备方法，其特征在于，所述步骤二中，在烘干前先将抽滤得到的产物进行冷压1min，然后热压5min，最后再冷压5min。

5.根据权利要求4所述的一种阻燃导热硅胶，其特征在于，所述步骤二中，粉碎后筛选粒径小于1.2μm的改性氢氧化镁粉末。

6.根据权利要求1所述的一种导热硅胶的制备方法，其特征在于，所述步骤二中，将氢氧化镁平均分成三份，在搅拌时间内每隔30min依次加入。

7.根据权利要求6所述的一种导热硅胶的制备方法，其特征在于，所述硫化时间为0.5-5h。

8.一种由权利要求1～7任一项所述的导热硅胶的制备方法制得的阻燃导热硅胶。