專利名稱：混合填充型導(dǎo)熱硅橡膠復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高導(dǎo)熱復(fù)合材料的制備方法，具體地說(shuō)是采用兩種不同種類的填料對(duì)硅橡膠生膠進(jìn)行混合填充，從而獲得一種高導(dǎo)熱硅橡膠復(fù)合材料的制備方法，屬于導(dǎo)熱高分子復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
用無(wú)機(jī)填料對(duì)聚合物填充得到的材料有較好的導(dǎo)熱性能，且價(jià)格低廉、易加工成型，經(jīng)過(guò)適當(dāng)工藝處理可以應(yīng)用于某些特殊領(lǐng)域，近年來(lái)得到了廣泛重視和研究。其中，導(dǎo)熱絕緣橡膠在電子電器元器件領(lǐng)域有著不可替代的作用，用于密封、減震和散熱， 順應(yīng)了電子產(chǎn)品微型化發(fā)展的趨勢(shì)。目前國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)和銷售導(dǎo)熱硅橡膠的公司很多，產(chǎn)品的熱導(dǎo)率一般都可達(dá)到0. 5ff/(m · K)以上，使用溫度范圍為-50 250°C，體積電阻率 ^ 1.0Χ1013Ω · cm，基本能滿足大功率電子器件的灌封要求。但國(guó)內(nèi)產(chǎn)品在耐老化性、耐高溫性、散熱性等方面與國(guó)外產(chǎn)品仍然存在一定的差距，所用產(chǎn)品多為進(jìn)口。對(duì)填充型導(dǎo)熱高分子，熱導(dǎo)率取決于高分子和導(dǎo)熱填料之間的作用。分散于樹(shù)脂中的導(dǎo)熱填料，有粒狀、片狀、球形、纖維等形狀。填料用量較小時(shí)，填料雖均勻分散于樹(shù)脂中，但彼此間未能形成相互接觸和相互作用，導(dǎo)熱性提高不大；填料用量提高到某一臨界值時(shí)，填料間形成接觸和相互作用，體系內(nèi)形成了類似網(wǎng)狀或鏈狀結(jié)構(gòu)形態(tài)，即形成導(dǎo)熱網(wǎng)鏈。因此，為獲得高導(dǎo)熱高分子材料，在體系內(nèi)部最大程度上形成熱流方向上的導(dǎo)熱網(wǎng)鏈， 有效地強(qiáng)化傳熱是提高材料熱導(dǎo)率的核心所在。要提高導(dǎo)熱硅橡膠的熱導(dǎo)率，可通過(guò)以下幾個(gè)途徑實(shí)現(xiàn)，包括對(duì)填料進(jìn)行表面處理，采用新型的高導(dǎo)熱填料，改善加工工藝以及將不同的填料混合填充等。趙紅振等采用 20 μ m、3 μ m、0. 5 μ m三種不同粒徑的Al2O3混合填充硅橡膠，發(fā)現(xiàn)當(dāng)配比為15 30 10時(shí)， 熱導(dǎo)率可達(dá)到1. 23ff/(m · K)，大于單一粒徑填充時(shí)的熱導(dǎo)率。這是因?yàn)椴煌降牧Ｗ佣逊e時(shí)比單一粒子的堆積更緊密，相互接觸點(diǎn)更多，可形成更好的導(dǎo)熱通路，參見(jiàn)趙紅振，齊暑華，周文英，氧化鋁粒子對(duì)導(dǎo)熱硅橡膠性能的影響，特種橡膠制品，2007 ；28(5) :19-21。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種混合填充型導(dǎo)熱硅橡膠復(fù)合材料及其制備方法，通過(guò)采用不同粒徑的SiC和AlN粉體混合填充，得到了導(dǎo)熱性能優(yōu)異的導(dǎo)熱硅橡膠復(fù)合材料，可以解決現(xiàn)有導(dǎo)熱硅橡膠材料的導(dǎo)熱系數(shù)普遍較小的問(wèn)題。本發(fā)明提供的混合填充型導(dǎo)熱硅橡膠復(fù)合材料，其原料的質(zhì)量份組成硅橡膠生膠 100份白炭黑10份/100份生膠
羥基硅油1~3份/100份生膠
導(dǎo)熱填料100~200份/100份生膠
硅烷偶聯(lián)劑 2份/100份填料雙-2,5硫化劑 2份/100份生膠。所述硅橡膠是甲基乙烯基硅橡膠生膠，其中，乙烯基摩爾分?jǐn)?shù)為0. 07% 1. 1%。所述硅烷偶聯(lián)劑是Y-氨丙基三乙氧基硅烷或乙烯基三乙氧基硅烷。所述白炭黑是沉淀法白炭黑。所述硫化劑是2，5- 二甲基-2，5- 二叔丁基過(guò)氧化己烷。所述導(dǎo)熱填料是SiC和AlN的混合粉體，SiC和AlN的質(zhì)量比為3 1 5 1 ； 其中SiC粉體的平均粒徑是10 50 μ m, AlN粉體的平均粒徑是1 5 μ m。所述混合填充型導(dǎo)熱硅橡膠復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)為2_4W/(m · K)。本發(fā)明提供的混合填充型導(dǎo)熱硅橡膠復(fù)合材料的制備工藝包括如下步驟1)將100質(zhì)量份的甲基乙烯基硅橡膠生膠加到雙輥開(kāi)煉機(jī)的輥筒上，包輥后先加入10質(zhì)量份的沉淀法白炭黑，然后加入1 3質(zhì)量份的羥基硅油，接著加入100 200質(zhì)量份的填料和占填料質(zhì)量2%的硅烷偶聯(lián)劑，反復(fù)混煉至均勻，最后加入2質(zhì)量份的雙-2，5 硫化劑，繼續(xù)混煉均勻，即得硅橡膠混煉膠；2)將混煉好的硅橡膠放入模具中，冷壓充模后，將模具置于平板硫化機(jī)上進(jìn)行一段硫化，硫化溫度為160°C 士5°C，壓力為IOMPa士2MPa，硫化時(shí)間為10 15min，采用模壓法硫化成型；3) 一段硫化成型后放在鼓風(fēng)干燥箱中進(jìn)行二段硫化，硫化溫度為200°C，保溫時(shí)間為2h，之后取出，即得導(dǎo)熱硅橡膠復(fù)合材料。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用兩種不同種類且粒徑也不相同的導(dǎo)熱填料對(duì)硅橡膠生膠進(jìn)行混合填充，大小粒徑的粉體比單一粒子在橡膠基體內(nèi)堆積更緊密，更易形成有效的導(dǎo)熱通路，從而提高導(dǎo)熱性能。另外，不同種類的填料混合填充也對(duì)復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能的改善起到了協(xié)同作用，可獲得比單一填充方式更高的導(dǎo)熱系數(shù)。
具體實(shí)施例方式下面參照實(shí)施對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明。實(shí)施例1 將100質(zhì)量份乙烯基摩爾分?jǐn)?shù)為0. 13% 0. 22%的甲基乙烯基硅橡膠生膠加到雙輥開(kāi)煉機(jī)的輥筒上，包輥后先加入10質(zhì)量份的沉淀法白炭黑，然后加入2質(zhì)量份的羥基硅油，接著加入100質(zhì)量份的填料和約占填料質(zhì)量2 %的γ -氨丙基三乙氧基硅烷，導(dǎo)熱填料是SiC和AlN的混合粉體，其中SiC粉體的平均粒徑是10 μ m, AlN粉體的平均粒徑是 1 μ m，SiC和AlN的質(zhì)量比為3 1。反復(fù)混煉至均勻，最后加入2質(zhì)量份的雙-2，5硫化劑，繼續(xù)混煉均勻，即得硅橡膠混煉膠。將混煉好的硅橡膠放入模具中，冷壓充模后，將模具置于平板硫化機(jī)上進(jìn)行一段硫化，硫化溫度為160°C，壓力為lOMPa，硫化時(shí)間為12min，采用模壓法硫化成型；
一段硫化成型后放在鼓風(fēng)干燥箱中進(jìn)行二段硫化，硫化溫度為200°C，保溫時(shí)間為 2h，之后取出，即得導(dǎo)熱硅橡膠復(fù)合材料。利用PPMS-9T型物理性能測(cè)試系統(tǒng)對(duì)所制備導(dǎo)熱硅橡膠進(jìn)行導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)定，測(cè)得導(dǎo)熱系數(shù)為2. 2W/(m.K)。實(shí)施例2 將100質(zhì)量份乙烯基摩爾分?jǐn)?shù)為0. 13% 0. 22%的甲基乙烯基硅橡膠生膠加到雙輥開(kāi)煉機(jī)的輥筒上，包輥后先加入10質(zhì)量份的沉淀法白炭黑，然后加入2質(zhì)量份的羥基硅油，接著加入200質(zhì)量份的填料和約占填料質(zhì)量2 %的γ -氨丙基三乙氧基硅烷，導(dǎo)熱填料是SiC和AlN的混合粉體，其中SiC粉體的平均粒徑是10 μ m, AlN粉體的平均粒徑是 1 μ m，SiC和AlN的質(zhì)量比為3 1。反復(fù)混煉至均勻，最后加入2質(zhì)量份的雙-2，5硫化劑，繼續(xù)混煉均勻，即得硅橡膠混煉膠；將混煉好的硅橡膠放入模具中，冷壓充模后，將模具置于平板硫化機(jī)上進(jìn)行一段硫化，硫化溫度為163°C，壓力為lOMPa，硫化時(shí)間為12min，采用模壓法硫化成型；一段硫化成型后放在鼓風(fēng)干燥箱中進(jìn)行二段硫化，硫化溫度為200°C，保溫時(shí)間為 2h，之后取出，即得導(dǎo)熱硅橡膠復(fù)合材料。利用PPMS-9T型物理性能測(cè)試系統(tǒng)對(duì)所制備導(dǎo)熱硅橡膠進(jìn)行導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)定，測(cè)得導(dǎo)熱系數(shù)為3. 5W/(m.K)。實(shí)施例3 將100質(zhì)量份乙烯基摩爾分?jǐn)?shù)為0. 13% 0. 22%的甲基乙烯基硅橡膠塵膠加到雙輥開(kāi)煉機(jī)的輥筒上，包輥后先加入10質(zhì)量份的沉淀法白炭黑，然后加入2質(zhì)量份的羥基硅油，接著加入200質(zhì)量份的填料和約占填料質(zhì)量2%的乙烯基三乙氧基硅烷，導(dǎo)熱填料是 SiC和AlN的混合粉體，其中SiC粉體的平均粒徑是10 μ m, AlN粉體的平均粒徑是1 μ m， SiC和AlN的質(zhì)量比為3 1。反復(fù)混煉至均勻，最后加入2質(zhì)量份的雙_2，5硫化劑，繼續(xù)混煉均勻，即得硅橡膠混煉膠；將混煉好的硅橡膠放入模具中，冷壓充模后，將模具置于平板硫化機(jī)上進(jìn)行一段硫化，硫化溫度為162°C，壓力為lOMPa，硫化時(shí)間為12min，采用模壓法硫化成型；一段硫化成型后放在鼓風(fēng)干燥箱中進(jìn)行二段硫化，硫化溫度為200°C，保溫時(shí)間為 2h，之后取出，即得導(dǎo)熱硅橡膠復(fù)合材料。利用PPMS-9T型物理性能測(cè)試系統(tǒng)對(duì)所制備導(dǎo)熱硅橡膠進(jìn)行導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)定，測(cè)得導(dǎo)熱系數(shù)為3. 6W/(m.K)。
權(quán)利要求
1.一種混合填充型導(dǎo)熱硅橡膠復(fù)合材料，其特征在于它的原料的質(zhì)量份組成硅橡膠生膠 100份白炭黑10份/100份生膠羥基硅油1~3份/100份生膠導(dǎo)熱填料100~200份/100份生膠硅烷偶聯(lián)劑 2份/100份填料雙-2,5硫化劑 2份/100份生膠。
2.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料，其特征在于所述的硅橡膠生膠是甲基乙烯基硅橡膠，其中，乙烯基摩爾分?jǐn)?shù)為0. 07% 1. 1%。
3.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料，其特征在于所述的硅烷偶聯(lián)劑是Y-氨丙基三乙氧基硅烷或乙烯基三乙氧基硅烷。
4.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料，其特征在于所述的白炭黑是沉淀法白炭黑。
5.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料，其特征在于所述的硫化劑是2，5-二甲基-2，5- 二叔丁基過(guò)氧化己烷。
6.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料，其特征在于所述的導(dǎo)熱填料是SiC和AlN的混合粉體，SiC和AlN的質(zhì)量比為3 1 5 1。
7.如權(quán)利要求6所述的復(fù)合材料，其特征在于所述的SiC粉體的平均粒徑是10 50 μ m, AlN粉體的平均粒徑是1 5 μ m。
8.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料，其特征在于該混合填充型導(dǎo)熱硅橡膠復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)為2 4W/(m*K)。
9.一種混合填充型導(dǎo)熱硅橡膠復(fù)合材料的制備工藝，其特征在于包括如下步驟1)將100質(zhì)量份的硅橡膠生膠加到雙輥開(kāi)煉機(jī)的輥筒上，包輥后先加入10質(zhì)量份的白炭黑，然后加入1 3質(zhì)量份的羥基硅油，接著加入100 200質(zhì)量份的導(dǎo)熱填料和占填料質(zhì)量2%的硅烷偶聯(lián)劑，反復(fù)混煉至均勻，最后加入2質(zhì)量份的雙-2，5硫化劑，繼續(xù)混煉均勻，即得硅橡膠混煉膠；2)將混煉好的硅橡膠放入模具中，冷壓充模后，將模具置于平板硫化機(jī)上進(jìn)行一段硫化，硫化溫度為160°C +5°C，壓力為IOMPa士2MPa，硫化時(shí)間為10 15min，采用模壓法硫化成型；3)一段硫化成型后放在鼓風(fēng)干燥箱中進(jìn)行二段硫化，硫化溫度為200°C，保溫時(shí)間為 2h，之后取出，即得導(dǎo)熱硅橡膠復(fù)合材料。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種混合填充型導(dǎo)熱硅橡膠復(fù)合材料的制備方法。其原料的質(zhì)量份組成為硅橡膠生膠100，白炭黑10，羥基硅油1～3，導(dǎo)熱填料100～200，硅烷偶聯(lián)劑2-4，雙-2，5硫化劑2。將硅橡膠生膠加到雙輥開(kāi)煉機(jī)上，包輥后按照配方設(shè)計(jì)加入白炭黑、導(dǎo)熱填料、硅烷偶聯(lián)劑和羥基硅油，反復(fù)混煉均勻后加入過(guò)氧化物硫化劑，再混煉均勻，即得硅橡膠混煉膠，然后放入模具中，冷壓充模后進(jìn)行一段硫化，成型后的樣品放在鼓風(fēng)干燥箱中進(jìn)行二段硫化得成品。本發(fā)明采用SiC和AlN混合粒子填充高溫硫化硅橡膠，在硅橡膠基體內(nèi)形成有效的導(dǎo)熱網(wǎng)鏈，從而得到導(dǎo)熱性能良好的導(dǎo)熱硅橡膠復(fù)合材料。
文檔編號(hào)C08L83/06GK102220006SQ201110107170
公開(kāi)日2011年10月19日 申請(qǐng)日期2011年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月28日
發(fā)明者萬(wàn)怡灶, 李群英, 羅紅林, 苗影 申請(qǐng)人:天津大學(xué)