一種高性能導熱硅脂及其制備方法和應用技術

本發明專利技術提供一種高性能導熱硅脂及其制備方法和應用。本發明專利技術的高性能導熱硅脂，包括如下重量份的組分：100份硅油，1000～2000份導熱填料，0.5～10份硅烷偶聯劑，0.5～10份填料改性劑，0.1～5份觸變劑；其中，所述填料改性劑中包括經羰基活化的碳原子數≥20的長鏈脂肪酸和丙烯酸酯共聚物；且所述填料改性劑接枝到導熱填料表面的硅烷偶聯劑上。本發明專利技術通過特定的助劑搭配對小粒徑絕緣導熱填料進行表面改性，改善了填料與有機硅之間的界面相容性，提高了有機硅脂的導熱性能。有機硅脂的導熱性能。

【技術實現步驟摘要】
一種高性能導熱硅脂及其制備方法和應用


[0001]本專利技術涉及熱界面導熱
，尤其是一種高性能導熱硅脂及其制備方法和應用。

技術介紹

[0002]隨著社會發展和科技的進步，電子元器件正朝著大功率、小型化、密集化不斷發展，這導致元器件運行時在有限的空間里聚集了大量的熱量，嚴重影響了元器件的工作效率和使用壽命。如何將多余的熱量從電子元器件中快速地引導出來是一項亟待解決的問題。導熱硅脂是由二甲基硅油、長鏈烷基硅油、苯基二甲基硅油、氟基二甲基硅油中的至少一種、導熱填料和助劑等組成的復合硅膠，對元器件表面具有良好的潤濕性，具有易操作，耐高低溫穩定性優異和極低的熱阻等優點，主要應用于發熱元器件與散熱器之間，填充二者間凹凸不平的空隙處，替代原本導熱系數極低的不良導體——空氣，有效降低空隙處的熱阻，達到優異的導熱效果。
[0003]導熱硅脂作為導熱材料中常見的一種，以其極低的熱阻、用量少導熱效果好、絕緣性佳、耐高低溫性能優異、可操作性好而廣受客戶喜愛。然而，導熱硅脂的電絕緣性對電子元器件也非常重要。專利CN112876849A、CN102634212A、CN109370227A、CN103756325A和CN108373592A公開了碳系材料(例如石墨烯、碳納米管等)與硅油制備導熱硅脂的方法，但碳系材料在具有極佳導熱性能的同時也具有良好的導電性能，這使得制備的導熱硅脂絕緣性能不佳，限制了其在某些重要場合的應用。
[0004]電子元器件在設計時要求高溫下有較長的使用壽命，與之匹配的導熱界面材料也有同樣要求。專利CN105111740A公開了一種用于大功率發光二極管的導熱硅脂，其包括材料中有4
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異丙基環己醇和2
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甲基辛酸甲酯若干份，以上兩種材料具有較低的沸點，可有效稀釋制備的導熱硅脂的粘度，從而達到較好的操作性，但是高溫環境下，隨著以上兩種物質的揮發，導熱硅脂內部揮發的位置會形成“空洞”并填滿空氣，熱阻快速上升。
[0005]熱阻和導熱系數是衡量一款導熱硅脂導熱性能好壞的關鍵指標。其中，熱阻與涂覆厚度呈正比，厚度越厚，熱阻越大。這就要求制備的導熱硅脂要細膩，填料的粒徑不能太大。專利CN111019351A中公開了一種大功率LED散熱用導熱硅脂，雖然具有相對較高的熱導率，但其使用的導熱填料中有15.1
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30μm，粒徑相對較大，且該專利中未列出具體的熱阻性能指標。
[0006]從熱阻角度考慮，填料的粒徑越小，涂覆的厚度越小，熱阻越小；但是填料的粒徑越小，比表面積越大，與有機硅基體產生更多的界面，導致界面熱阻增大。而理想的填料是粒徑足夠小，且與有機硅基體的相容性好，界面熱阻低，因此需要對較小粒徑的導熱填料進行表面改性，以提高無機填料和有機硅基體的界面相容性，進一步降低導熱硅脂的熱阻和耐高溫老化性能。

技術實現思路

[0007]本專利技術的目的在于，克服現有技術中小粒徑導熱填料與有機硅基體的界面熱阻較高的缺陷，提供一種界面熱阻和耐高溫老化性能優異的高性能導熱硅脂。本專利技術通過特定的助劑搭配對小粒徑絕緣導熱填料進行表面改性，改善了填料與有機硅之間的界面相容性，提高了有機硅脂的導熱性能。
[0008]本專利技術的另一目的在于，提供所述高性能導熱硅脂的制備方法。
[0009]本專利技術的另一目的在于，提供所述高性能導熱硅脂在制備電子元器件中的應用。
[0010]為實現上述目的，本專利技術采用如下技術方案：
[0011]一種高性能導熱硅脂，包括如下重量份的組分：
[0012][0013]其中，所述填料改性劑中包括經羰基活化的碳原子數≥20的長鏈脂肪酸和丙烯酸酯共聚物；且所述填料改性劑接枝到導熱填料表面的硅烷偶聯劑上。
[0014]本專利技術的導熱硅脂體系中，硅烷偶聯劑首先連接到導熱填料表面，然后大分子填料改性劑接枝到硅烷偶聯劑的有機端，大分子的填料改性劑中經羰基活化的長鏈脂肪酸中的長鏈烷基可以纏繞包覆到無機導熱填料表面，對無機導熱填料同時進行化學包覆和物理包覆；本專利技術同時還引入了丙烯酸酯共聚物，不僅提高了無機導熱填料表面的接枝率，增加包覆面積，提高與極性硅油的相容性，有效地降低了有機
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無機界面熱阻；而且丙烯酸酯共聚物在聚合過程中形成交聯網絡結構、以及丙烯酸酯共聚物和羰基活化的長鏈脂肪酸之間的物理纏繞作用形成的交聯結構，有利于長鏈脂肪酸鏈段從穿插到大分子交聯結構中，大大增加了上述大分子改性劑對無機導熱填料的包覆牢度，進一步提高了導熱硅脂的導熱穩定性。
[0015]優選地，所述填料改性劑中，重量比長鏈脂肪酸：丙烯酸酯共聚物＝1：(0.1～0.3)。改性劑中，經羰基活化的長鏈脂肪酸主要在無機導熱填料的表面形成化學包覆，未完全反應的脂肪酸長鏈在無機導熱填料表面形成物理包覆；然后丙烯酸酯共聚物和羰基活化的長鏈脂肪酸之間通過物理纏繞作用形成交聯結構，可以增加接枝率和提供穩固的包覆結構。但是由于丙烯酸酯共聚物在聚合過程中容易產生醚類小分子，且在聚合過程中需要加入單官能度丙烯酸酯類小分子活性稀釋劑，由于這些小分子的存在，容易在導熱硅脂中發生遷移，在高溫下容易出現出油和VOC揮發，從而降低導熱硅脂的到熱穩定性，因此，為了降低導熱硅脂的出油率和VOC揮發率，高溫下可長時間保持導熱性能的穩定性，丙烯酸酯共聚物的添加量不宜過多。在本專利技術的上述配比范圍內，能夠制備得到綜合性能優異的高性能導熱硅脂。
[0016]優選地，所述長鏈脂肪酸的碳原子數為20～30。脂肪酸的鏈段太短，無法包覆在無機導熱填料的表面；脂肪酸的鏈段太長，雖然能夠在無機導熱填料表面形成密實牢固的包
覆層，但是分子鏈太長一方面容易纏繞聚集，容易分散不均勻，另一方面粘度也較大，不利于加工。
[0017]優選地，所述長鏈脂肪酸為花生酸、山崳酸或癸基十四酸中的至少一種。
[0018]本領域常規的硅油均可用于本專利技術中。所述硅油包括但不限于硅油為二甲基硅油、苯基二甲基硅油、長鏈烷基硅油或氟基甲基硅油中的至少一種。
[0019]優選地，所述硅油的粘度為20～1000cps，粘度太小，硅氧烷小分子的含量較多，得到的導熱硅脂的出油率和VOC揮發率較高，會降低硅脂的到熱穩定性；粘度太高，加工困難，填料在硅油基體中的分散性變差，導致硅脂涂抹性變差，操作性不佳。因此，所述硅油的粘度進一步優選為100～500cps。
[0020]優選地，所述硅油中，3～20聚體(D3～D20)的硅烷小分子的含量不大于100ppm。
[0021]優選地，所述硅烷偶聯劑為3
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氨丙基三甲氧基硅烷、3
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氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)、3
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氨丙基甲基二乙氧基硅烷、3
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甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570)、3
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甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷或3
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甲基丙烯酰氧基丙基甲基二乙氧基硅烷中的至少一種。
[0022]進一步優選地，所述硅烷偶聯劑為3
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【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種高性能導熱硅脂，其特征在于，包括如下重量份的組分：其中，所述填料改性劑中包括經羰基活化的碳原子數≥20的長鏈脂肪酸和丙烯酸酯共聚物；且所述填料改性劑接枝到導熱填料表面的硅烷偶聯劑上。2.根據權利要求1所述的高性能導熱硅脂，其特征在于，所述填料改性劑中，重量比長鏈脂肪酸：丙烯酸酯共聚物＝1：(0.1～0.3)。3.根據權利要求1所述的高性能導熱硅脂，其特征在于，所述羰基活化使用的活化劑為N,N羰基二咪唑、二環己基碳二酰亞胺中的至少一種。4.根據權利要求1所述的高性能導熱硅脂，其特征在于，所述硅油為二甲基硅油、苯基二甲基硅油、長鏈烷基硅油或氟基甲基硅油中的至少一種。5.根據權利要求4所述的高性能導熱硅脂，其特征在于，所述硅油的粘度為50～1000cps；所述硅油中，3～20聚體的硅烷小分子的含量不大于100ppm。6.根據權利要求1所述的高性能導熱硅脂，其特征在于，所述硅烷歐偶聯劑為3
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氨丙基三甲氧基硅烷、3
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氨丙基二乙氧基硅烷、3
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氨丙基甲基三乙氧基硅烷、3
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甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、3
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甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷或...

【專利技術屬性】
技術研發人員：趙志壘，劉金明，胡國新，劉廷鑄，
申請(專利權)人：廣州從化兆舜新材料有限公司，
類型：發明
國別省市：