一種低溫硫化導(dǎo)熱硅橡膠及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于硅橡膠技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種低溫硫化導(dǎo)熱硅橡膠及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)電子產(chǎn)品的需求和要求越來越高，電子產(chǎn)品朝著集 成性、小型化、高性能、節(jié)能、環(huán)保、安全性的方向發(fā)展。電子產(chǎn)品的高度集成，單位體積產(chǎn)生 的熱量不斷增加，散熱必然成為一個(gè)限制其發(fā)展的因素。因此開發(fā)具有適當(dāng)粘度、適應(yīng)性 強(qiáng)、價(jià)格低廉的高導(dǎo)熱散熱材料成為電子電器領(lǐng)域和材料領(lǐng)域共同關(guān)注的問題。
[0003] 將各種無機(jī)導(dǎo)熱粉體填充到高分子聚合物中可以制得高導(dǎo)熱復(fù)合材料。目前使用 的灌封和封裝材料主要為合成聚合物材料，其中環(huán)氧樹脂、聚氨酯和橡膠的應(yīng)用最為廣泛。 硅橡膠是一種特種合成橡膠，以硅氧鍵為主鏈，而一般的橡膠是以碳一碳鍵為主鏈的結(jié)構(gòu)， 由于其結(jié)構(gòu)的特殊性決定了它具有耐低溫、耐高溫、耐高電壓、耐輻射性、耐臭氧老化、生理 惰性、耐侯、高透氣性、以及對(duì)潤滑油等介質(zhì)表現(xiàn)出優(yōu)異的化學(xué)惰性；此外，其還具有使用溫 度范圍（_50°C~300°C)寬廣的特點(diǎn)。導(dǎo)熱硅橡膠可以在很寬的范圍內(nèi)長期保持彈性，硫 化時(shí)不吸熱，不放熱，并具有良好的絕緣性能，耐酸堿腐蝕，是電子產(chǎn)品封裝和散熱首選的 材料。另外導(dǎo)熱硅橡膠在完成發(fā)熱部位與散熱部位間熱傳遞的同時(shí)還能起到減震的作用， 能夠滿足設(shè)備小型化及超薄化的設(shè)計(jì)要求，極具工藝性和使用性。
[0004] 現(xiàn)有的導(dǎo)熱硅橡膠當(dāng)導(dǎo)熱填料含量較低時(shí)，導(dǎo)熱系數(shù)低，達(dá)不到理想散熱的要求； 當(dāng)導(dǎo)熱填料的含量較高時(shí)，盡管有較高的導(dǎo)熱系數(shù)，但是導(dǎo)熱硅橡膠的綜合力學(xué)性能顯著 下降，加工性能變差，彈性降低，不能滿足填充縫隙，減震的要求。因此，研制一種在導(dǎo)熱填 料填充量低的情況下具有高導(dǎo)熱系數(shù)的低溫硫化導(dǎo)熱硅橡膠具有重要的意義。
[0005] 無機(jī)填料與有機(jī)聚合物的相容性差，因此需要對(duì)無機(jī)導(dǎo)熱填料表面處理，使之更 好地分散在硅橡膠內(nèi)。無機(jī)填料的改性已有諸多報(bào)道，但現(xiàn)有技術(shù)填料改性效果欠佳，部分 報(bào)道的改性方法需要使用大量的溶劑。例如專利CN 101659790B公開了一種碳包鋁復(fù)合納 米填料導(dǎo)熱硅橡膠復(fù)合材料的制備方法，需要使用乙醇稀釋硅烷偶聯(lián)劑，該發(fā)明需要使用 大量的乙醇，而且需要10小時(shí)的后續(xù)干燥過程。專利CN101284925B公開了硅橡膠/三元 乙丙并用導(dǎo)熱硅橡膠的制備方法，直接將硅烷偶聯(lián)劑加入到混合橡膠中，所制備的導(dǎo)熱硅 橡膠的導(dǎo)熱系數(shù)為0. 15~0. SWAm · K)，導(dǎo)熱系數(shù)較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了解決以上現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足之處，本發(fā)明的首要目的在于提供一種低溫 硫化導(dǎo)熱硅橡膠。
[0007] 本發(fā)明的另一目的在于提供上述低溫硫化導(dǎo)熱硅橡膠的制備方法。
[0008] 本發(fā)明目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
[0009] 一種低溫硫化導(dǎo)熱硅橡膠，包含以下重量份的組分：
[0010] 乙烯基桂生膠 IOO份 稀釋劑 20~40份 改性導(dǎo)熱填料 123~208份
[0011] 白炭黑 30~40份 含氫桂油 1~3份 鉑催化劑 0.1~0.3份 抑制劑 0.01~0.2份。
[0012] 所述的乙烯基硅生膠為甲基乙烯基硅生膠和甲基苯基乙烯基硅生膠中的一種或 兩種；所述乙烯基硅生膠中的乙烯基團(tuán)位于分子主鏈的兩端或側(cè)鏈；
[0013] 所述乙烯基硅生膠中乙烯基的摩爾含量為0.05 %~0. 5%，在25°C時(shí)粘度為 250cps ~30000cps。
[0014] 所述的稀釋劑為甲基硅油、乙基硅油、苯基硅油和乙烯基硅油中的至少一種；所述 乙烯基硅油優(yōu)選端乙烯基硅油。
[0015] 所述的改性導(dǎo)熱填料是指硅烷偶聯(lián)劑改性的氧化鋅、氮化硼、氮化鋁、氧化鋁和碳 化硅中的至少一種；所述改性導(dǎo)熱填料的粒徑優(yōu)選為1~100 μm。
[0016] 所述的改性導(dǎo)熱填料是指通過如下方法制備得到的改性導(dǎo)熱填料：將120~200 份導(dǎo)熱填料氧化鋅、氮化硼、氮化鋁、氧化鋁或碳化硅和3~8份硅烷偶聯(lián)劑加入到高壓反 應(yīng)釜中，抽真空至真空度為0. 〇5MPa~0.1 MPa ;加熱至200~250°C攪拌反應(yīng)1~3小時(shí)， 得到改性導(dǎo)熱填料。
[0017] 所述的硅烷偶聯(lián)劑優(yōu)選γ-氨丙基三乙氧基硅烷（KH-550)、3-(2,3-環(huán)氧丙氧） 丙基三甲氧基硅烷（KH-560)、3-甲基丙烯酰氧丙基甲基二甲氧基硅烷（KH-572)和γ-巰 丙基三甲氧基硅烷（ΚΗ-590)中的至少一種；所述的攪拌反應(yīng)的攪拌轉(zhuǎn)速范圍為60~ 100r/min〇
[0018] 所述的白炭黑優(yōu)選為氣相法二氧化硅。
[0019] 所述的含氫硅油優(yōu)選含氫質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 2%~1. 5%，在25°C粘度為50~500cps 的甲基含氫硅油。
[0020] 所述的鉑催化劑優(yōu)選氯鉑酸的醇溶液、氯鉑酸的乙烯基硅氧螯合物、以碳為載體 的鉑催化劑或以三氧化二鋁為載體的鉑催化劑。
[0021] 所述的抑制劑優(yōu)選2-甲基-3-丁炔基-2醇、乙炔基環(huán)己醇、甲基丁炔醇、3-甲 基-1-己炔基-3-醇、3, 5-二甲基-1-己炔基-3-醇、1-乙炔基-1-環(huán)己醇、甲基三（甲基 丁炔氧基）硅烷和苯基三（甲基丁炔氧基）硅烷中的至少一種。
[0022] 上述低溫硫化導(dǎo)熱硅橡膠的制備方法，包含以下步驟：
[0023] (1)將乙烯基硅生膠、改性導(dǎo)熱填料、白炭黑和稀釋劑共混得到組分A ;
[0024] (2)將組分A加到雙輥開煉機(jī)的滾筒上，包輥后加入含氫硅油、鉑催化劑和抑制劑 后混煉，將混煉好的膠料經(jīng)薄通后，得到低溫硫化導(dǎo)熱硅橡膠。
[0025] 優(yōu)選地，步驟（1)中所述的共混為將乙烯基硅生膠、改性導(dǎo)熱填料、白炭黑和稀釋 劑加入到真空捏合機(jī)中于溫度100~150°C，真空度0. 06~0.1 MPa，脫水共混30~70分 鐘。
[0026] 優(yōu)選地，步驟（2)中所述的混煉是指混煉10~30分鐘；所述的薄通是指薄通5-8 次。
[0027] 本發(fā)明的制備方法及所得到的產(chǎn)物具有如下優(yōu)點(diǎn)及有益效果：
[0028] (1)本發(fā)明使用硅烷偶聯(lián)劑在200~250°C對(duì)導(dǎo)熱填料進(jìn)行改性，使凝聚態(tài)偶聯(lián)劑 變?yōu)闅鈶B(tài)偶聯(lián)劑分子，在攪拌作用下，氣態(tài)偶聯(lián)劑分子與導(dǎo)熱填料充分接觸，產(chǎn)生了良好的 改性效果；所制備的導(dǎo)熱硅橡膠在硫化前粘度為35000~87000cps，具有良好的加工性能， 硫化后硅橡膠的導(dǎo)熱系數(shù)為1. 68~2. 78 (W/m · k);
[0029] (2)本發(fā)明改性導(dǎo)熱填料用量為123~208份/100份乙烯基硅生膠，硫化后導(dǎo)熱 硅橡膠的彈性膜量為6. 0~8. 5Mpa，表明硫化后導(dǎo)熱硅橡膠具有良好的彈性；
[0030] (3)本發(fā)明制備的低溫硫化導(dǎo)熱硅橡膠在80~100°C下加熱120-150分鐘即可完 全硫化。
【具體實(shí)施方式】
[0031] 下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。
[0032] 實(shí)施例1
[0033] (1)改性導(dǎo)熱填料的制備：將150質(zhì)量份粒徑為5 μ m的氮化鋁和5質(zhì)量份硅烷偶 聯(lián)劑KH-550加入到不銹鋼反應(yīng)釜中，抽真空，真空度為0.1 MPa。關(guān)閉高壓反應(yīng)釜上的所有 進(jìn)出口，對(duì)混合物料進(jìn)行加熱并低速攪拌，速度為l〇〇r/min，加熱溫度為220°C，時(shí)間為3小 時(shí)，得到改性導(dǎo)熱填料；
[0034] (2)以質(zhì)量份數(shù)計(jì)，將100份乙烯基摩爾含量為0· 3%，25°C時(shí)粘度為lOOOOcps的 甲基乙烯基硅生膠、步驟（1)得到的改性導(dǎo)熱填料155份、30份白炭黑（氣相法二氧化硅）、 30份乙烯基摩爾含量為5%，在25°C時(shí)粘度為500cps的端乙烯基硅油加入到真空捏合機(jī)中 于溫度120°C，真空度0. 06MPa，脫水共混60分鐘后得到組分A ;
[0035] (3)以質(zhì)量份數(shù)計(jì)，將組分A加到雙輥開煉機(jī)的滾筒上，包輥后加入2份含氫量為 lwt%，粘度為340cps的甲基含氫硅油、0· 1份鉑催化劑（氯鉑酸的0· 5%的乙醇溶液）和 0. 05份甲基丁炔醇后混煉30分鐘，將混煉好的膠料經(jīng)8次薄通后，得到低溫硫化導(dǎo)熱硅橡 膠。
[0036] 實(shí)施例2
[0037] (1)改性導(dǎo)熱填料的制備：將120質(zhì)量份粒徑為5 μ m的氧化鋁和3質(zhì)量份硅烷偶 聯(lián)劑KH-550加入到不銹鋼反應(yīng)釜中，抽真空，真空度為0.1 MPa。關(guān)閉高壓反應(yīng)釜上的所有 進(jìn)出口，對(duì)混合物料進(jìn)行加熱并低速攪拌，速度為l〇〇r/min，加熱溫度為220°C，時(shí)間為3小 時(shí)，得到改性導(dǎo)熱填料；
[0038] (2)以質(zhì)量份數(shù)計(jì)，將100份乙烯基摩爾含量為0· 3%，25°C時(shí)粘度為lOOOOcps的 甲基乙烯基硅生膠、步驟（1)得到的改性導(dǎo)熱填料123份、30份白炭黑（氣相法二氧化硅）、 30份乙烯基摩爾含量為5%，在25°C時(shí)粘度為500cps的端乙烯基硅油加入到真空捏合機(jī)中 于溫度120°C，真空度0. 06MPa，脫水共混60分鐘后得到組分A ;
[0039] (3)以質(zhì)量份數(shù)計(jì)，將組分A加到雙輥開煉機(jī)的滾筒上，包輥后加入2份含氫量為 lwt%，粘度為340cps的甲基含氫硅油、0· 1份鉑催化劑（氯鉑酸的0· 5%的乙醇溶液）和 0. 05份甲基丁炔醇后混煉30分鐘，將混煉好的膠料經(jīng)8次薄通后，得到低溫硫化導(dǎo)熱硅橡 膠。
[0040] 實(shí)施例3
[0041] (1)改性導(dǎo)熱填料的制備：將200質(zhì)量份粒徑為5 μ m的氮化鋁和8質(zhì)量份硅烷偶 聯(lián)劑KH-550加入到不銹鋼反應(yīng)釜中，抽真空，真空度為0.1 MPa。關(guān)閉高壓反應(yīng)釜上的所有 進(jìn)出口，對(duì)混合物料進(jìn)行加熱并低速攪拌，速度為l〇〇r/min，加熱溫度為220°C，時(shí)間為3小 時(shí)，得到改性導(dǎo)熱填料；
[0042] (2)以質(zhì)量份數(shù)計(jì)，將100份乙烯基摩爾含量為0· 3%，25°C時(shí)粘度為lOOOOcps的 甲基乙烯基硅生膠、步驟（1)得到的改性導(dǎo)熱填料208份、30份白炭黑（氣相法二氧化硅）、 30份乙烯基摩爾含量為5%，在25°C時(shí)粘度為500cps的端乙烯基硅油加入到真空捏合機(jī)中 于溫度120°C，真空度0. 06MPa，脫水共混60分鐘后得到組分A ;
[0043] (3)以質(zhì)量份數(shù)計(jì)，將組分A加到雙輥開煉機(jī)的滾筒上，包輥后加入2份含氫量為 lwt%，粘度為340cps的甲基含氫硅油、0· 1份鉑催化劑（氯鉑酸的0· 5%的乙醇溶液）和 0. 05份甲基丁炔醇后混煉30分鐘，將混煉好的膠料經(jīng)8次薄通后，得到低溫硫化導(dǎo)熱硅橡 膠。
[0044] 實(shí)施例4
[0045] (1)改性導(dǎo)熱填料的制備：將150質(zhì)量份粒徑為5 μ m的氮化鋁和5質(zhì)量份硅烷偶 聯(lián)劑KH-550加入到不銹鋼反應(yīng)釜中，抽真空，真空度為0.1 MPa。關(guān)