一種二氧化硅/石墨烯/石墨復(fù)合導(dǎo)熱硅脂及其制備方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種二氧化硅/石墨烯/石墨復(fù)合導(dǎo)熱硅脂及其制備方法
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及一種二氧化硅/石墨烯/石墨復(fù)合導(dǎo)熱硅脂及其制備方法，主要適用于大功率電器封裝散熱等領(lǐng)域。
[0003]
【背景技術(shù)】
[0004]導(dǎo)熱硅脂是一種高導(dǎo)熱有機(jī)硅材料，可在-50~300°C溫度下長(zhǎng)期保持膏狀，廣泛應(yīng)用于高功率電子元器件發(fā)熱體與散熱基座之間，有效地降低了界面接觸熱阻。隨著電子元器件向大功率化、集約化發(fā)展，對(duì)導(dǎo)熱系數(shù)高、熱穩(wěn)定性?xún)?yōu)異、析油值低的高性能導(dǎo)熱硅脂需求越來(lái)越大。
[0005]石墨烯優(yōu)異的性能，引起了廣大研究者的重視，其優(yōu)異的導(dǎo)熱性能，為制備性能優(yōu)異的導(dǎo)熱材料提供了方向。本發(fā)明通過(guò)表面改性劑對(duì)石墨烯、石墨的表面包覆，再充分利用其導(dǎo)熱性能的前提下，提升了絕緣性能。二氧化硅熱導(dǎo)率高、熱膨脹系數(shù)小、介電性能良好，而且來(lái)源廣泛。通過(guò)與石墨烯、石墨復(fù)配，可以制備出導(dǎo)熱系數(shù)高、絕緣性能優(yōu)異、性?xún)r(jià)比高、應(yīng)用廣泛的導(dǎo)熱硅脂。
[0006]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種用于大功率電器封裝散熱用的，一種二氧化硅/石墨烯/石墨復(fù)合導(dǎo)熱硅脂。
[0008]本發(fā)明提供的一種二氧化硅/石墨烯/石墨復(fù)合導(dǎo)熱硅脂，該導(dǎo)熱硅脂由改性二氧化硅/石墨烯/石墨復(fù)配導(dǎo)熱填料填充硅油，通過(guò)密煉機(jī)密煉制成。其中各組分及其質(zhì)量份數(shù)為:硅油20~40份(優(yōu)選20份)，改性二氧化硅/石墨烯/石墨復(fù)配導(dǎo)熱填料60~80份(優(yōu)選70份)，硅烷偶聯(lián)劑為導(dǎo)熱填料體積的3°/『8% (優(yōu)選5%)，交聯(lián)劑為二甲基硅油份數(shù)的0.1%~1% (優(yōu)選0.5%)，表面改性劑0.1~1份(優(yōu)選0.5份)、抗氧劑為0.1~1份(優(yōu)選0.5份)。
[0009]所述的硅油為:二甲基硅油:甲基苯基硅油:甲基乙氧基硅油=1:1:1，其中二甲基硅油在溫度為25°C時(shí)粘度為100~1000cps (優(yōu)選500cps)，甲基苯基硅油在溫度為25°C時(shí)粘度為50~500cps (優(yōu)選200cps)，甲基乙氧基硅油在溫度為25°C時(shí)粘度為100~500cps (優(yōu)選 300cps)o
[0010]所述的二氧化娃的D50為5~20um (優(yōu)選10um)。
[0011]所述的石墨烯為通過(guò)強(qiáng)酸還原氧化而得的石墨烯。
[0012]所述的石墨的粒徑為10~20um (優(yōu)選15um)。
[0013]所述的偶聯(lián)劑為γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(ΚΗ570):γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(K560 ) =1:1。
[0014]所述的交聯(lián)劑按過(guò)氧化二異丙苯(DCP)與三烯丙基異氰脲酸酯(TAIC)質(zhì)量份1:1組合得到。
[0015]所述的表面改性劑為聚乙烯醇溶解于二甲基亞砜所得到的溶液。
[0016]所述的抗氧劑為四[β- (3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯(抗氧劑 1010)。
[0017]所述的一種二氧化硅/石墨烯/石墨復(fù)合導(dǎo)熱硅脂的制備包括以下步驟:
(1)準(zhǔn)確稱(chēng)取5~15份(優(yōu)選10份)的石墨稀、5~15份(優(yōu)選10份)的石墨，通過(guò)高速混合機(jī) 1800~3000r/min (優(yōu)選 2400r/min)、10~20min (優(yōu)選 15min)混合均勾，待用；
(2)取200份的無(wú)水乙醇于反應(yīng)釜內(nèi)中，取0.1~1份(優(yōu)選0.5體積份)的表面改性劑加入到無(wú)水乙醇中，恒溫60~100°C (優(yōu)選80°C )，100~300r/min (優(yōu)選200r/min)攪拌10~20min (優(yōu)選15min)得乙醇溶液，將(1)中的導(dǎo)熱填料加入到乙醇溶液中，超聲攪拌l~2h(優(yōu)選 1.5h)；
(3)再將填料3%~8%(優(yōu)選5%)的偶聯(lián)劑加入到反應(yīng)釜內(nèi)，恒溫60~100°C (優(yōu)選80°C )，100~300r/min (優(yōu)選 200r/min)攬摔 10~20min (優(yōu)選 15min)，加入 40~60 份(優(yōu)選 50 份)的二氧化硅，超聲攪拌l~2h (優(yōu)選1.5h)，待乙醇蒸發(fā)完全，得改性復(fù)配導(dǎo)熱填料；
(4)將(3)得到的改性導(dǎo)熱填料60~80份、20~40份硅油、硅油份數(shù)的0.1%~1%交聯(lián)劑，表面改性劑0.1~1份、抗氧劑為0.1~1份，加入到密煉機(jī)內(nèi)，80 °C、15r/min，100°C、25r/min，120°C、35r/min情況下各密煉40~60min (優(yōu)選50min)，得到復(fù)合導(dǎo)熱娃脂。
[0018]本發(fā)明充分利用了石墨烯、石墨高導(dǎo)熱系數(shù)的特性，并通過(guò)與二氧化硅復(fù)配，既有效地提高了導(dǎo)熱系數(shù)，又確保其絕緣性能。導(dǎo)熱填料經(jīng)過(guò)表面改性劑、偶聯(lián)劑改性，與硅油相容性好、不團(tuán)聚、界面接觸性好。制備的導(dǎo)熱硅脂熱穩(wěn)定性?xún)?yōu)異，析油值低，長(zhǎng)時(shí)間使用無(wú)干裂、粉化現(xiàn)象。同時(shí)，制備工藝簡(jiǎn)單、周期短，對(duì)提升行業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量具有重要意義。
[0019]
【具體實(shí)施方式】
[0020]以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0021]實(shí)施例1:
(1)準(zhǔn)確稱(chēng)取5份的石墨稀、5份的石墨，通過(guò)高速混合機(jī)2400r/min，攪拌15min，混合均勻，待用；
(2)取200份的無(wú)水乙醇于反應(yīng)釜內(nèi)中，量取0.5份的表面改性劑加入到無(wú)水乙醇中，恒溫80°C，200r/min攪拌15min得乙醇溶液，將(1)中的導(dǎo)熱填料加入到乙醇溶液中，超聲攪拌1.5h ；
(3)再將3份的偶聯(lián)劑加入到反應(yīng)釜內(nèi)，恒溫80°C、200r/min，攪拌15min，加入60份的二氧化硅，超聲攪拌1.5h，待乙醇蒸發(fā)完全，得改性復(fù)配導(dǎo)熱填料；
(4)將(3)得到的改性導(dǎo)熱填料、26份硅油、0.2份的交聯(lián)劑，表面改性劑0.5份、抗氧劑0.5份，加入到密煉機(jī)內(nèi)，80°C、15r/min，100°C、25r/min，120°C、35r/min情況下各密煉50min，得到復(fù)合導(dǎo)熱娃脂。
[0022]經(jīng)檢測(cè)，所制備的導(dǎo)熱硅脂的導(dǎo)熱系數(shù)為5.3 ff/ (m.K)，經(jīng)過(guò)230°C、5000h的連續(xù)熱處理，結(jié)果顯示導(dǎo)熱硅脂涂層仍保持膏狀，熱處理后導(dǎo)熱系數(shù)為5.0ff/ (m.K)，熱穩(wěn)定性好。
[0023]
實(shí)施例2:
(1)準(zhǔn)確稱(chēng)取10份的石墨稀、10份的石墨，通過(guò)高速混合機(jī)2400r/min，攪拌15min，混合均勻，待用；
(2)取200份的無(wú)水乙醇于反應(yīng)釜內(nèi)中，量取0.5份的表面改性劑加入到無(wú)水乙醇中，恒溫80°C，200r/min攪拌15min得乙醇溶液，將(1)中的導(dǎo)熱填料加入到乙醇溶液中，超聲攪拌1.5h ；
(3)再將3份的偶聯(lián)劑加入到反應(yīng)釜內(nèi)，恒溫80°C、200r/min，攪拌15min，加入50份的二氧化硅，超聲攪拌1.5h，待乙醇蒸發(fā)完全，得改性復(fù)配導(dǎo)熱填料；
(4)將(3)得到的改性導(dǎo)熱填料、26份硅油、0.2份的交聯(lián)劑，表面改性劑0.5份、抗氧劑0.5份，加入到密煉機(jī)內(nèi)，80°C、15r/min，100°C、25r/min，120°C、35r/min情況下各密煉50min，得到復(fù)合導(dǎo)熱娃脂。
[0024]經(jīng)檢測(cè)，所制備的導(dǎo)熱硅脂的導(dǎo)熱系數(shù)為5.6ff/ (m.Κ)，經(jīng)過(guò)230°C、5000h的連續(xù)熱處理，結(jié)果顯示導(dǎo)熱硅脂涂層仍保持膏狀，熱處理后導(dǎo)熱系數(shù)為5.3ff/ (m.K)，熱穩(wěn)定性好。
[0025]
實(shí)施例3:
(1)準(zhǔn)確稱(chēng)取15份的石墨稀、15份的石墨，通過(guò)高速混合機(jī)2400r/min，攪拌15min，混合均勻，待用；
(2)取200份的無(wú)水乙醇于反應(yīng)釜內(nèi)中，量取0.5份的表面改性劑加入到無(wú)水乙醇中，恒溫80°C，200r/min攪拌15min得乙醇溶液，將(1)中的導(dǎo)熱填料加入到乙醇溶液中，超聲攪拌1.5h ；
(3)再將3份的偶聯(lián)劑加入到反應(yīng)釜內(nèi)，恒溫80°C、200r/min，攪拌15min，加入40份的二氧化硅，超聲攪拌1.5h，待乙醇蒸發(fā)完全，得改性復(fù)配導(dǎo)熱填料；
(4)將(3)得到的改性導(dǎo)熱填料、26份硅油、0.2份的交聯(lián)劑，表面改性劑0.5份、抗氧劑0.5份，加入到密煉機(jī)內(nèi)，80°C、15r/min，100°C、25r/min，120°C、35r/min情況下各密煉50min，得到復(fù)合導(dǎo)熱娃脂。
[0026]經(jīng)檢測(cè)，所制備的導(dǎo)熱硅脂的導(dǎo)熱系數(shù)為5.1ff/ (m.Κ)，經(jīng)過(guò)230°C、5000h的連續(xù)熱處理，結(jié)果顯示導(dǎo)熱硅脂涂層仍保持膏狀，熱處理后導(dǎo)熱系數(shù)為5.0ff/ (m.K)，熱穩(wěn)定性好。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種二氧化硅/石墨烯/石墨復(fù)合導(dǎo)熱硅脂，各組分及其質(zhì)量份數(shù)為:硅油20~40份，改性二氧化硅/石墨烯/石墨復(fù)配導(dǎo)熱填料60~80份，偶聯(lián)劑為導(dǎo)熱填料的3°/『8%，交聯(lián)劑為二甲基硅油的0.1%~1%，表面改性劑0.1~1份、抗氧劑為0.1~1份。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種二氧化硅/石墨烯/石墨復(fù)合導(dǎo)熱硅脂，其特征在于:所述硅油為:二甲基硅油:甲基苯基硅油:甲基乙氧基硅油=1:1:1，其中二甲基硅油在溫度為25°C時(shí)粘度為100~1000cps，甲基苯基硅油在溫度為25°C時(shí)粘度為50~500cps，甲基乙氧基硅油在溫度為25°C時(shí)粘度為100~500cps。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種二氧化硅/石墨烯/石墨復(fù)合導(dǎo)熱硅脂，其特征在于:所述的改性二氧化硅/石墨烯/石墨復(fù)配導(dǎo)熱填料，其制備包括以下步驟: (1):準(zhǔn)確稱(chēng)取5~15份的石墨稀、5~15份的石墨，通過(guò)高速混合機(jī)1800~3000r/min、10~20min混合均勻，待用；(2):取200份的無(wú)水乙醇于反應(yīng)釜內(nèi)中，取0.1~1份的表面改性劑加入到無(wú)水乙醇中，恒溫60~100°C，100~300r/min攪拌10~20min得乙醇溶液，將(1)中的導(dǎo)熱填料加入到乙醇溶液中，超聲攪拌l~2h ；(3):再將填料3%~8%的偶聯(lián)劑加入到反應(yīng)釜內(nèi)，恒溫60~100°C，100~300r/min攪拌10~20min，加入40~60份的二氧化硅，超聲攪拌l~2h，待乙醇蒸發(fā)完全，得改性復(fù)配導(dǎo)熱填料。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種二氧化硅/石墨烯/石墨復(fù)合導(dǎo)熱硅脂，其特征在于:其制備包括以下步驟:改性導(dǎo)熱填料60~80份、20~40份硅油、硅油質(zhì)量0.1%~1%的交聯(lián)劑，表面改性劑0.1~1份、抗氧劑為0.1~1份，加入到密煉機(jī)內(nèi)，80 °C、15r/min，100°C、25r/min，120°C、35r/min情況下各密煉40~60min，得到復(fù)合導(dǎo)熱娃脂。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種二氧化硅/石墨烯/石墨復(fù)合導(dǎo)熱硅脂，其特征在于:所述二氧化娃的D50為5~20um (優(yōu)選10um)。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種二氧化硅/石墨烯/石墨復(fù)合導(dǎo)熱硅脂，其特征在于:所述的石墨烯為通過(guò)氣相沉積法(CVD)制備的石墨烯。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種二氧化硅/石墨烯/石墨復(fù)合導(dǎo)熱硅脂，其特征在于:所述的石墨的粒徑為10~20um (優(yōu)選15um)。8.根根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種二氧化硅/石墨烯/石墨復(fù)合導(dǎo)熱硅脂，其特征在于:所述的偶聯(lián)劑為γ -甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(ΚΗ570):γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(腿560)=1:1。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種二氧化硅/石墨烯/石墨復(fù)合導(dǎo)熱硅脂，其特征在于:所述的交聯(lián)劑為過(guò)氧化二異丙苯(DCP)。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種二氧化硅/石墨烯/石墨復(fù)合導(dǎo)熱硅脂，其特征在于:所述的表面改性劑為聚乙烯醇溶解于二甲基亞砜所得到的溶液。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種二氧化硅/石墨烯/石墨復(fù)合導(dǎo)熱硅脂及其制備方法。是由硅油、二氧化硅、石墨烯、石墨、偶聯(lián)劑、交聯(lián)劑、表面改性劑、抗氧劑混合后經(jīng)密煉機(jī)攪拌均勻得到的產(chǎn)品。該導(dǎo)熱硅脂能有效地降低大功率電器節(jié)點(diǎn)與散熱裝置的界面接觸熱阻，加速熱量傳遞，同時(shí)制備工藝簡(jiǎn)單、性?xún)r(jià)比高、應(yīng)用廣泛。
【IPC分類(lèi)】C08K9/06, C08L83/04, C08K3/04, C08K13/06, C08L83/06, C08K3/36
【公開(kāi)號(hào)】CN105348807
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510919527
【發(fā)明人】曾廣勝
【申請(qǐng)人】湖南工業(yè)大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年2月24日
【申請(qǐng)日】2015年12月14日