專利名稱：一種導(dǎo)熱三元乙丙橡膠復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于橡膠改性工程領(lǐng)域，具體涉及一種導(dǎo)熱三元乙丙橡膠復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著電子集成技術(shù)和組裝技術(shù)的迅速發(fā)展，電子元器件越來(lái)越趨近于密集化和小型化，對(duì)散熱要求越來(lái)越高。如半導(dǎo)體管中陶瓷基片與銅座的連接、管芯的保護(hù)盒管殼的密封、集成電路與散熱片之間的導(dǎo)熱組裝等。在這些器件中，由于界面之間接觸不完全而產(chǎn)生較大的接觸熱阻，進(jìn)而阻礙熱量的傳遞及散失，最終導(dǎo)致器件熱失效。為此需開發(fā)出一種具有高導(dǎo)熱，且具有一定彈性(易變形)的導(dǎo)熱材料。實(shí)現(xiàn)為電子元器件提供安全可靠的散熱途徑的同時(shí)，起到阻尼減震的作用。結(jié)合橡膠普遍具有的彈性，進(jìn)行導(dǎo)熱改性，制備導(dǎo)熱彈性體用于各類電子界面封裝。該導(dǎo)熱彈性體材料以橡膠為基體，高導(dǎo)熱粒子為導(dǎo)熱填料，制備出的材料(導(dǎo)熱橡膠)具有一定的彈性及高的熱導(dǎo)率，適合與在接觸壓力較低的情況下進(jìn)行表面充分接觸，可填滿電子組件表面與安裝器件表面間的間隙，形成高效的導(dǎo)熱通道，改善電子器件的整體散熱效果。這能有效地解決的電子封裝中的界面熱阻難題。
三元乙丙橡膠(EPDM)分子結(jié)構(gòu)的主鏈上不含雙鍵，具有高度的化學(xué)穩(wěn)定性、優(yōu)異的電絕緣性能，優(yōu)異的耐熱老化性，三元乙丙橡膠耐熱老化性能在通用橡膠中是最好的，在 130°C下可長(zhǎng)期使用，在150°C或再高一些溫度下可間斷或短期使用，并且具有卓越的耐水、 耐過(guò)熱水及耐水蒸氣性能。EPDM可用于汽車工業(yè)、建筑業(yè)、電線電纜、聚合物改性、家用電器等領(lǐng)域。另外，納米碳材料體系是一種高導(dǎo)熱，高化學(xué)穩(wěn)定性，熱膨脹系數(shù)小，密度低的綜合性能優(yōu)異的導(dǎo)熱填料。它可以改善基體介質(zhì)的熱傳導(dǎo)性能，實(shí)現(xiàn)對(duì)熱量的高效率傳遞。綜上所述，本發(fā)明選用碳包銅納米粒子作為導(dǎo)熱填料，結(jié)合了碳包銅納米粒子和三元乙丙橡膠的優(yōu)點(diǎn)，旨在通過(guò)利用碳包銅納米粒子填充三元乙丙橡膠制備出導(dǎo)熱性能好的導(dǎo)熱橡膠。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種具有高導(dǎo)熱系數(shù)，綜合性能優(yōu)異的導(dǎo)熱三元乙丙橡膠復(fù)合材料及其制備方法。本發(fā)明提供的一種導(dǎo)熱三元乙丙橡膠復(fù)合材料，由如下重量份的組分組成
三元乙丙橡膠100份橡膠炭黑N33030份石蠟油10份氧化鋅5份促進(jìn)劑BZ1.5份促進(jìn)劑TRA0.8份促進(jìn)劑M0.5份硫磺1.2份導(dǎo)熱填料10 300份
上述碳黑N330的粒徑是40nm的高耐磨碳黑，促進(jìn)劑BZ是二正丁基二硫代氨基甲酸鋅，促進(jìn)劑TRA是雙五次甲基四硫化秋蘭姆，促進(jìn)劑M是2-硫醇基苯駢噻唑，導(dǎo)熱填料采用碳包銅納米粒子，平均粒徑20 lOOnm。本發(fā)明還提供一種導(dǎo)熱三元乙丙橡膠復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟
(1)三元乙丙橡膠母膠的制備按重量份計(jì)，將100份三元乙丙橡膠，30份炭黑N330， 10份石蠟油，5份氧化鋅，1. 5份促進(jìn)劑BZ，0. 8份促進(jìn)劑TRA，0. 5份促進(jìn)劑M按順序依次添加，在雙輥混煉機(jī)上混合均勻，制得母膠；
(2)將步驟(1)制得的三元乙丙橡膠母膠均分為所需份分別加入不同重量份經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑預(yù)處理的導(dǎo)熱填料，然后在雙輥混煉機(jī)上于室溫下反復(fù)混煉40 min，加入1. 2重量份硫磺混煉均勻，制得三元乙丙橡膠混煉膠；
(3)將步驟(2)制得的三元乙丙橡膠混煉膠放入模具中，在平板硫化機(jī)上硫化，硫化前首先進(jìn)行排氣，以免橡膠在硫化中產(chǎn)生空洞，硫化條件為硫化溫度180°C，硫化壓力 14MPa，硫化時(shí)間10 15min ；
(4 )步驟(1)步驟(2 )為連續(xù)操作，按前三步驟后，最終制得導(dǎo)熱三元乙丙橡膠復(fù)合材料。上述步驟(2)中硅烷偶聯(lián)劑的用量按重量計(jì)占碳包銅納米粒子用量的0. 1. 5% ο本發(fā)明所用導(dǎo)熱填料為碳包銅納米粒子，其制備工藝為(1 )選用低壓大電流石墨電極放電裝置；(2 )利用純銅粉與石墨制作復(fù)合陽(yáng)極棒、選用純石墨陰極棒；( 3 )反應(yīng)室內(nèi)惰性氣體下放電；(4 )合成碳包裹的銅納米粒子(上述制備工藝具體步驟及參數(shù)已經(jīng)由申請(qǐng)人在以前申請(qǐng)的發(fā)明專利中公開)其成份結(jié)構(gòu)為10層以內(nèi)石墨層包裹銅金屬的2(Tl00nm的核殼型固體粒子。它具有高導(dǎo)熱，高化學(xué)穩(wěn)定性，熱膨脹系數(shù)小，密度低等優(yōu)點(diǎn)。另外，本發(fā)明所用促進(jìn)劑共三種，分別為二正丁基二硫代氨基甲酸鋅(BZ)，雙五次甲基四硫化秋蘭姆(TRA)，2-硫醇基苯駢噻唑(M)。選用石蠟油(液狀石蠟)為軟化劑， 橡膠炭黑N330為補(bǔ)強(qiáng)劑。本發(fā)明的有益效果是該導(dǎo)熱三元乙丙橡膠復(fù)合材料用于發(fā)熱電子元器件與散熱器之間，降低接觸熱阻，增強(qiáng)傳熱效果，并有阻尼減震的能力。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1
(1)將100重量份數(shù)的碳銅鋁納米粒子采用硅烷偶聯(lián)劑處理，1重量份的硅烷偶聯(lián)劑用 95%的乙醇溶解配制成25%的溶液，持續(xù)攪拌，待溶解后，加入填料，攪拌，置于60°C水浴中， 不斷攪拌約4小時(shí)。待溶劑蒸發(fā)完畢，置于蒸發(fā)皿中，放入烘箱，在120°C下烘干10h，后在 150°C下烘干Ih后，放入干燥器中待用；
(2)將100重量份的三元乙丙橡膠生膠加到輥筒上，生膠包輥后，加入100重量份的導(dǎo)熱填料，10重量份石蠟油，在輥筒上反復(fù)混煉約40min至均勻，薄通5_10次。然后加入1. 2 重量份的硫化劑，混煉均勻后，薄通下片，獲得三元乙丙橡膠混煉膠；
(3)將混煉好的三元乙丙橡膠放入模具中，冷壓充模后，將模具置于平板硫化機(jī)上進(jìn)行硫化，硫化過(guò)程放氣6 7次，硫化條件硫化溫度180°C，硫化壓力14MPa，硫化時(shí)間10 15min。采用模壓法硫化成型，壓制成厚度均一的試樣，最終獲得導(dǎo)熱三元乙丙橡膠；
(4)利用Hot Disk熱常數(shù)分析儀對(duì)導(dǎo)熱三元乙丙橡膠導(dǎo)熱系數(shù)進(jìn)行測(cè)定，測(cè)定時(shí)將測(cè)試探頭夾置于導(dǎo)熱三元乙丙橡膠上下表面，并用夾具夾緊以消除探頭和橡膠之間的熱阻， 所測(cè)得導(dǎo)熱系數(shù)是空白橡膠的2. 87倍(提高187%)。實(shí)施例2:
(1)將150重量份數(shù)的碳包銅納米粒子采用硅烷偶聯(lián)劑處理，1. 5重量份的硅烷偶聯(lián)劑用95%的乙醇溶解配制成25%的溶液，持續(xù)攪拌，待溶解后，加入填料，攪拌，置于60°C水浴中，不斷攪拌約4小時(shí)。待溶劑蒸發(fā)完畢，置于蒸發(fā)皿中，放入烘箱，在120°C下烘干10h， 后在150°C下烘干Ih后，放入干燥器中待用。(2)將100重量份的三元乙丙橡膠膠生膠加到輥筒上，生膠包輥后，加入150重量份的導(dǎo)熱填料，10重量份石蠟油，在輥筒上反復(fù)混煉約40min至均勻，薄通5_10次。然后加入1. 2重量份的硫化劑，混煉均勻后，薄通下片，獲得三元乙丙橡膠混煉膠；
(3)將混煉好的三元乙丙橡膠放入模具中，冷壓充模后，將模具置于平板硫化機(jī)上進(jìn)行硫化，硫化過(guò)程放氣6 7次，硫化條件硫化溫度180°C，硫化壓力14MPa，硫化時(shí)間10 15min。采用模壓法硫化成型，壓制成厚度均一的試樣，最終獲得導(dǎo)熱三元乙丙橡膠；
(4)利用HotDisk熱常數(shù)分析儀對(duì)導(dǎo)熱三元乙丙橡膠導(dǎo)熱系數(shù)進(jìn)行測(cè)定，測(cè)定時(shí)將測(cè)試探頭夾置于導(dǎo)熱三元乙丙橡膠上下表面，并用夾具夾緊以消除探頭和橡膠之間的熱阻， 所測(cè)得導(dǎo)熱系數(shù)是空白橡膠的4. 3倍(提高330%)。實(shí)施例3:
(1)將200重量份數(shù)的碳包銅納米粒子采用硅烷偶聯(lián)劑處理，2重量份的硅烷偶聯(lián)劑用 95%的乙醇溶解配制成25%的溶液，持續(xù)攪拌，待溶解后，加入填料，攪拌，置于60°C水浴中， 不斷攪拌約4小時(shí)。待溶劑蒸發(fā)完畢，置于蒸發(fā)皿中，放入烘箱，在120°C下烘干10h，后在 150°C下烘干Ih后，放入干燥器中待用。(2)將100重量份的三元乙丙橡膠膠生膠加到輥筒上，生膠包輥后，加入200重量份的導(dǎo)熱填料，10重量份石蠟油，在輥筒上反復(fù)混煉約40min至均勻，薄通5_10次。然后加入1. 2重量份的硫化劑，混煉均勻后，薄通下片，獲得三元乙丙橡膠混煉膠；
(3)將混煉好的三元乙丙橡膠放入模具中，冷壓充模后，將模具置于平板硫化機(jī)上進(jìn)行硫化，硫化過(guò)程放氣6 7次，硫化條件硫化溫度180°C，硫化壓力14MPa，硫化時(shí)間10 15min。采用模壓法硫化成型，壓制成厚度均一的試樣，最終獲得導(dǎo)熱三元乙丙橡膠；
(4)利用HotDisk熱常數(shù)分析儀對(duì)導(dǎo)熱三元乙丙橡膠導(dǎo)熱系數(shù)進(jìn)行測(cè)定，測(cè)定時(shí)將測(cè)試探頭夾置于導(dǎo)熱三元乙丙橡膠上下表面，并用夾具夾緊以消除探頭和橡膠之間的熱阻， 所測(cè)得導(dǎo)熱系數(shù)是空白橡膠的6倍(提高500%)。實(shí)施例4:
(1)將300重量份數(shù)的碳包銅納米粒子采用硅烷偶聯(lián)劑處理，3重量份的硅烷偶聯(lián)劑用 95%的乙醇溶解配制成25%的溶液，持續(xù)攪拌，待溶解后，加入填料，攪拌，置于60°C水浴中， 不斷攪拌約4小時(shí)。待溶劑蒸發(fā)完畢，置于蒸發(fā)皿中，放入烘箱，在120°C下烘干10h，后在 150°C下烘干Ih后，放入干燥器中待用。(2)將100重量份的三元乙丙橡膠膠生膠加到輥筒上，生膠包輥后，加入300重量份的導(dǎo)熱填料，10重量份石蠟油，在輥筒上反復(fù)混煉約40min至均勻，薄通5_10次。然后加入1. 2重量份的硫化劑，混煉均勻后，薄通下片，獲得三元乙丙橡膠混煉膠；
(3)將混煉好的三元乙丙橡膠放入模具中，冷壓充模后，將模具置于平板硫化機(jī)上進(jìn)行硫化，硫化過(guò)程放氣6 7次，硫化條件硫化溫度180°C，硫化壓力14MPa，硫化時(shí)間10 15min。采用模壓法硫化成型，壓制成厚度均一的試樣，最終獲得導(dǎo)熱三元乙丙橡膠；
(4)利用HotDisk熱常數(shù)分析儀對(duì)導(dǎo)熱三元乙丙橡膠導(dǎo)熱系數(shù)進(jìn)行測(cè)定，測(cè)定時(shí)將測(cè)試探頭夾置于導(dǎo)熱三元乙丙橡膠上下表面，并用夾具夾緊以消除探頭和橡膠之間的熱阻， 所測(cè)得導(dǎo)熱系數(shù)是空白橡膠的8. 77倍(提高777%)。
權(quán)利要求
1. 一種導(dǎo)熱三元乙丙橡膠復(fù)合材料，其特征在于由如下重量份的組分組成三元乙丙橡膠100份橡膠炭黑N33030份石蠟油10份氧化鋅5份促進(jìn)劑BZ1. 5份促進(jìn)劑TRA0. 8份促進(jìn)劑M0. 5份硫磺1. 2份導(dǎo)熱填料10 300份上述碳黑N330的粒徑是40nm的高耐磨碳黑，促進(jìn)劑BZ是二正丁基二硫代氨基甲酸鋅，促進(jìn)劑TRA是雙五次甲基四硫化秋蘭姆，促進(jìn)劑M是2-硫醇基苯駢噻唑，導(dǎo)熱填料采用碳包銅納米粒子，平均粒徑20 lOOnm。
2. —種權(quán)利要求1所述的導(dǎo)熱三元乙丙橡膠復(fù)合材料的制備方法，其特征在于包括如下步驟(1)三元乙丙橡膠母膠的制備按重量份計(jì)，將100份三元乙丙橡膠，30份炭黑N330， 10份石蠟油，5份氧化鋅，1. 5份促進(jìn)劑BZ，0. 8份促進(jìn)劑TRA，0. 5份促進(jìn)劑M按順序依次添加，在雙輥混煉機(jī)上混合均勻，制得母膠；(2)將步驟(1)制得的三元乙丙橡膠母膠均分為所需份分別加入不同重量份經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑預(yù)處理的導(dǎo)熱填料，然后在雙輥混煉機(jī)上于室溫下反復(fù)混煉40 min，加入1. 2重量份硫磺混煉均勻，制得三元乙丙橡膠混煉膠；(3)將步驟(2)制得的三元乙丙橡膠混煉膠放入模具中，在平板硫化機(jī)上硫化，硫化前首先進(jìn)行排氣，以免橡膠在硫化中產(chǎn)生空洞，硫化條件為硫化溫度180°C，硫化壓力 14MPa，硫化時(shí)間10 15min ；(4 )步驟(1)步驟(2 )為連續(xù)操作，按前三步驟后，最終制得導(dǎo)熱三元乙丙橡膠復(fù)合
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于上述步驟(2)中硅烷偶聯(lián)劑的用量按重量計(jì)占碳包銅納米粒子用量的0. 2% 1. 5%。三元乙丙橡膠橡膠炭黑N330 石蠟油氧化鋅促進(jìn)劑BZ 促進(jìn)劑TRA 促進(jìn)劑M 硫磺導(dǎo)熱填料
全文摘要
本發(fā)明公開了一種導(dǎo)熱三元乙丙橡膠復(fù)合材料及其制備方法，該復(fù)合材料以三元乙丙橡膠母膠為基體，碳包銅納米粒子為導(dǎo)熱填料；制備時(shí)將經(jīng)前處理后的碳包銅粒子與三元乙丙橡膠母膠混合，使碳包銅納米粒子均勻地分散在三元乙丙橡膠母膠基體內(nèi)，形成完整的導(dǎo)熱網(wǎng)鏈，從而提高復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)；該復(fù)合材料用于汽車、集成電路及各類電子器件與散熱器之間，有效避免接觸間隙，降低界面接觸熱阻，加速熱量傳遞。
文檔編號(hào)C08K3/06GK102516674SQ20111040833
公開日2012年6月27日 申請(qǐng)日期2011年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月9日
發(fā)明者張海燕, 李麗萍 申請(qǐng)人:廣東工業(yè)大學(xué)