高導(dǎo)熱納米銅導(dǎo)熱硅脂及其制備方法
【專利摘要】一種高熱導(dǎo)率導(dǎo)熱硅脂，添加一種新型的納米銅粒子作為導(dǎo)熱介質(zhì)，其中聚有機(jī)硅氧烷所占重量份為10~30，新型納米銅粒子5~20，導(dǎo)熱填料所占質(zhì)量比例為50~70。本發(fā)明研制的高熱導(dǎo)率導(dǎo)熱硅脂具有高熱導(dǎo)率的特點，導(dǎo)熱硅脂熱導(dǎo)率達(dá)到了6.0W/m.k以上，同時在使用過程中能保證長期的使用壽命。
【專利說明】高導(dǎo)熱納米銅導(dǎo)熱硅脂及其制備方法
[0001]【技術(shù)領(lǐng)域】:
本發(fā)明涉及到高分子材料【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及到一種高導(dǎo)熱納米銅導(dǎo)熱硅脂的制備。
[0002]【背景技術(shù)】:
隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，電子產(chǎn)品更加密集化、微型化、高效率化。由于電子電器功率的增大，在使用的過程中會產(chǎn)生大量的熱能，如果散熱不良就會直接影響到電子產(chǎn)品的可靠性和使用壽命，所以隨著電子工業(yè)的發(fā)展，對散熱提出了越來越高的需求，多種熱界面材料被開發(fā)并應(yīng)用于降低散熱器和熱源間的熱阻。導(dǎo)熱硅脂是其中的一種，因其具有使用方便，導(dǎo)熱效果好，易于返修等優(yōu)點獲得廣泛應(yīng)用。
[0003]常用的導(dǎo)熱硅脂是將導(dǎo)熱填料添加到合適粘度的聚有機(jī)硅氧烷中，并加入添加劑改善性能。通過選擇不同的導(dǎo)熱填料和添加量，硅脂可獲得可調(diào)節(jié)的導(dǎo)熱系數(shù)，以滿足不同要求。
[0004]CN 101294067 A公開了一種導(dǎo)熱硅脂組合物，該組合物由有機(jī)硅油、硅烷偶聯(lián)劑和導(dǎo)熱粉體組成，其中導(dǎo)熱分體有三種粒徑進(jìn)行復(fù)配復(fù)配，所涉及的金屬粉體經(jīng)過熱處理并在金屬粉體表面形成一層氧化膜。
[0005]CN 101429422 A公開了一種提高導(dǎo)熱硅脂導(dǎo)熱性能的方法。通過加入碳納米管，并提高碳納米管的純 度和降低碳納米管的表面能和纏繞程度，使碳納米管呈現(xiàn)出較為有序的排列，從而形成一個良好的導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)來提高導(dǎo)熱硅脂的導(dǎo)熱性能。
[0006]CN 1990819A公開了一種導(dǎo)熱硅脂組合物，該組合物顯示了良好的加工性能，同時能填充到細(xì)小的凹槽中而使接觸電阻減小并提供優(yōu)良的散熱性能，同時改進(jìn)了該組合物在高溫和高濕下的耐久性。
[0007]CN 102241965A公開了一種導(dǎo)熱硅脂組合物的制備方法，采用了納米級氧化鋁包覆銅粉為填料，將粉體填料與氮化鋁、氧化鋅、納米銅、有機(jī)硅脂等按一定比例配合而制得膏狀物，得到產(chǎn)品在長時間高溫放置也不干、不硬、不熔化，同時具有優(yōu)異的電絕緣性能、耐老化性能等。
[0008]CN 102558867 A低拖尾導(dǎo)熱硅脂組合物及制備方法。該方法制備出來的導(dǎo)熱硅脂的導(dǎo)熱性能與市面上通用的導(dǎo)熱硅脂相同，但其具有低拉絲低拖尾的性能，在工藝中具有無污染、便于自動化施膠的優(yōu)勢。
[0009]目前導(dǎo)熱硅脂所采取的基礎(chǔ)硅油一般為非反應(yīng)性的基礎(chǔ)油，一般為黏度低、分子鏈短而擴(kuò)散率大，爬行現(xiàn)象嚴(yán)重，在長期的使用過程中，基礎(chǔ)油與導(dǎo)熱填料經(jīng)常發(fā)生分離，其結(jié)果就是導(dǎo)熱硅脂涂層粉化、碎裂以及導(dǎo)熱性能變差；而采用高粘度的基礎(chǔ)油則難以添加高固含量的導(dǎo)熱填料，產(chǎn)品的導(dǎo)熱性能差。
[0010]本發(fā)明采用納米銅導(dǎo)熱材料作為導(dǎo)熱介質(zhì)，由于納米銅粒子有納米材料的小尺寸效應(yīng)、表面界面效應(yīng)使其納米顆粒具有表面原子所占比重大、比表面積大、表面能高等特點，利用納米銅顆粒高熱導(dǎo)率的特點，同時采用高粘度的非反應(yīng)性硅油，減少基礎(chǔ)油與導(dǎo)熱填料的分離，從而得到高熱導(dǎo)率導(dǎo)熱硅脂并保證導(dǎo)熱硅脂的長期使用穩(wěn)定性。
[0011]
【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明提出了一種可保證長期使用穩(wěn)定性的、高熱導(dǎo)率的導(dǎo)熱硅脂組合物，該組合物采用納米銅導(dǎo)熱材料作為導(dǎo)熱介質(zhì)，同時采用高粘度的非反應(yīng)性硅油，得到了一種高熱導(dǎo)率并能保證長期實用性的導(dǎo)熱硅脂組合物。
[0013]本發(fā)明的技術(shù)方案如下，高導(dǎo)熱納米銅導(dǎo)熱硅脂按重量份數(shù)由以下組分組成: 聚有機(jī)硅氧烷 10-30
導(dǎo)熱填料50-70
納米銅粒子 5-20
其中，所述聚有機(jī)硅氧烷可以用通式表示為RaSiOR(4_a)/2，其中，每個R代表具有I~18個碳原子的飽和或不飽和烴基的一種或數(shù)種基團(tuán)，a為1.8 < a < 2.2的數(shù)字，R所代表的基團(tuán)為甲基、乙基、丙基、癸基、十二烷基、十八烷基的烷基基團(tuán)，苯基、甲苯基的芳基，環(huán)己基、環(huán)戍基的環(huán)烷基，乙烯基、稀丙基的鏈烯基，3, 3, 3- 二氣丙基、對氣苯基的鹵代基團(tuán)。
[0014]聚有機(jī)硅氧烷通式中的a為1.9~2.2的數(shù)字，所述的聚有機(jī)硅氧烷25°C的運(yùn)動粘度為 50 ~lOOOOOmPas。
[0015]導(dǎo)熱填料選自導(dǎo)熱系數(shù)大于10W/m.K的導(dǎo)熱填料，
導(dǎo)熱填料顆粒形狀沒有特別限制，可以為球狀、棒狀、針狀、圓盤形以及不規(guī)則形狀。
[0016]導(dǎo)熱填料選自氧化鋅、氧化鋁、氧化鎂中的一種或幾種。
[0017]導(dǎo)熱填料的平均粒`徑為0.1-50 μ m。
[0018]納米銅粒子，是基于等離子輻照后，使銅片蒸發(fā)后形成的粒徑為20_50nm的新型納米銅粒子。
[0019]納米銅粒子由以下方法制備:
I)將高純電解銅片放入鎢舟中，抽真空至8Pa左右，充入適量H2和氦氣的混合氣體，然后用電阻加入加熱引燃等離子弧，在加熱周圍形成高溫區(qū)，使銅片融化并蒸發(fā)。
[0020]2)控制銅原子的蒸發(fā)速度，使其離開液面后，與惰性氣體分子不斷碰撞后而改變運(yùn)動方向，不能沉積成膜，而是在低溫表面的任意方向沉積成納米粒子。
[0021]3)將所得的納米銅粒子在無水乙醇中通過超聲分散，制得銅粒子的粒徑基本在2(T50nm 之間。
[0022]高導(dǎo)熱納米銅導(dǎo)熱硅脂還包括添加劑，所述的添加劑選自表面活性劑、著色劑、阻燃劑、催化劑、觸變改性劑中的一種或幾種。
[0023]高導(dǎo)熱納米銅導(dǎo)熱硅脂的制備方法，包括以下步驟:
S10、將聚有機(jī)硅氧烷、添加劑在室溫下混合10~20分鐘；
S20、加入納米銅粒子以及導(dǎo)熱填料，用分散設(shè)備混合均勻后置于150°C的烘箱中30min使其稠化，冷卻后得到高導(dǎo)熱納米銅導(dǎo)熱硅脂。
[0024]說明書附圖
圖1為實施例5獲得的導(dǎo)熱硅脂的掃描電鏡圖片。
[0025]
【具體實施方式】[0026]下面結(jié)合具體實施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)該理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明，而不用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0027]高導(dǎo)熱納米銅導(dǎo)熱硅脂按重量份數(shù)由以下組分組成:
聚有機(jī)硅氧烷 10-30
導(dǎo)熱填料50-70
納米銅粒子 5-20 聚有機(jī)硅氧烷
聚有機(jī)硅氧烷可以用通式表不為RaSiOR(4_a)/2,其中，每個R代表具有I~18個碳原子的飽和或不飽和烴基的一種或數(shù)種基團(tuán)，a為1.8 < a < 2.2的數(shù)字，R所代表的基團(tuán)為甲基、乙基、丙基、癸基、十二烷基、十八烷基的烷基基團(tuán)，苯基、甲苯基的芳基，環(huán)己基、環(huán)戊基的環(huán)烷基，乙烯基、稀丙基的鏈烯基，3, 3, 3_二氣丙基、對氣苯基的鹵代基團(tuán)。為了獲得更好的高導(dǎo)熱納米銅導(dǎo)熱硅脂，聚有機(jī)硅氧烷通式中的a為1.9~2.2的數(shù)字，所述的聚有機(jī)硅氧烷25°C的運(yùn)動粘度為50~lOOOOOmPas。
[0028]導(dǎo)熱填料
導(dǎo)熱填料選自導(dǎo)熱系數(shù)大于10W/m.K的導(dǎo)熱填料，導(dǎo)熱填料顆粒形狀沒有特別限制，可以為球狀、棒狀、針狀、圓盤形以及不規(guī)則形狀。導(dǎo)熱填料選自氧化鋅、氧化鋁、氧化鎂中的一種或幾種。導(dǎo)熱填料的平均粒徑為0.1-50 μ m。
[0029]納米銅粒子
納米銅粒子，是基于等離子`輻照后，使銅片蒸發(fā)后形成的粒徑為20-50nm的新型納米銅粒子。納米銅粒子由以下方法制備:
I)將高純電解銅片放入鎢舟中，抽真空至8Pa左右，充入適量H2和氦氣的混合氣體，然后用電阻加入加熱引燃等離子弧，在加熱周圍形成高溫區(qū)，使銅片融化并蒸發(fā)。
[0030]2)控制銅原子的蒸發(fā)速度，使其離開液面后，與惰性氣體分子不斷碰撞后而改變運(yùn)動方向，不能沉積成膜，而是在低溫表面的任意方向沉積成納米粒子。
[0031]3)將所得的納米銅粒子在無水乙醇中通過超聲分散，制得銅粒子的粒徑基本在2(T50nm 之間。
[0032]通過采用納米銅導(dǎo)熱材料作為導(dǎo)熱介質(zhì)，同時采用高粘度的非反應(yīng)性硅油，得到了一種具有優(yōu)異熱導(dǎo)率并能保證長期實用性的導(dǎo)熱硅脂組合物。
[0033]作為優(yōu)選的技術(shù)方案，為了更好的導(dǎo)熱和更低導(dǎo)電性能，可以選擇導(dǎo)熱填料的粒徑為1-5微米之間，納米銅粒子的粒徑在20-50納米之間，導(dǎo)熱填料與納米銅粒子的質(zhì)量比為 5:1-2:1。
[0034]添加劑
高導(dǎo)熱納米銅導(dǎo)熱硅脂還包括添加劑，所述的添加劑選自表面活性劑、著色劑、阻燃劑、催化劑、觸變改性劑中的一種或幾種。
[0035]作為任選組分，一些常用的添加劑或填料也可以加入到本發(fā)明的導(dǎo)熱硅脂組合物中，前提是這些任選組分的加入不會削弱本發(fā)明的目的。這些任選組分的實例包括氟改性的硅表面活性劑；著色劑如炭黑、二氧化鈦和三氧化二鐵；帶阻燃作用的試劑如鉬催化劑、金屬氧化物如氧化鐵、氧化鈦和氧化鈰，和金屬氧化物。另外為了防止導(dǎo)熱填料在高溫情況下的沉降，還可以加入氣硅或觸變改性劑或類似添加劑。_] 制備方法
高導(dǎo)熱納米銅導(dǎo)熱硅脂的制備方法，包括以下步驟:
S10、將聚有機(jī)硅氧烷、添加劑在室溫下混合10~20分鐘；
S20、加入納米銅粒子以及導(dǎo)熱填料，用分散設(shè)備混合均勻后置于150°C的烘箱中30min使其稠化，冷卻后得到高導(dǎo)熱納米銅導(dǎo)熱硅脂。
[0037]購買使用以下產(chǎn)品
Al甲基硅油201-3000，道康寧公司 A2甲基硅油201-1000，道康寧公司 BI氧化鋁DAM-10日本電氣化學(xué) B2氧化鋁DAM-1日本電氣化學(xué)
Cl納米銅粒子,通過上述的 方法制備出平均粒徑在30納米的納米銅粒子。
[0038]D添加劑:氣相二氧化硅，HN-150，揚(yáng)州昊能化工有限公司
將上述原料按照前述的生產(chǎn)工藝生產(chǎn)硅脂混合物，測量其導(dǎo)熱系數(shù)。
[0039]實施例1-8所采用的配方見下表(重量份):
【權(quán)利要求】
1.高導(dǎo)熱納米銅導(dǎo)熱硅脂，其特征在于，所述的高導(dǎo)熱納米銅導(dǎo)熱硅脂按重量份數(shù)由以下組分組成: 聚有機(jī)硅氧烷 10-30 導(dǎo)熱填料50-70 納米銅粒子 5-20 其中，所述聚有機(jī)硅氧烷可以用通式表示為RaSiOR(4_a)/2，其中，每個R代表具有I~18個碳原子的飽和或不飽和烴基的一種或數(shù)種基團(tuán)，a為1.8 ≤ a ≤ 2.2的數(shù)字，R所代表的基團(tuán)為甲基、乙基、丙基、癸基、十二烷基、十八烷基的烷基基團(tuán)，苯基、甲苯基的芳基，環(huán)己基、環(huán)戍基的環(huán)烷基，乙烯基、稀丙基的鏈烯基，3, 3, 3- 二氣丙基、對氣苯基的鹵代基團(tuán)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高導(dǎo)熱納米銅導(dǎo)熱硅脂，其特征在于，所述的聚有機(jī)硅氧烷通式中的a為1.9~2.2的數(shù)字，所述的聚有機(jī)硅氧烷25 °C的運(yùn)動粘度為50~lOOOOOmPas。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高導(dǎo)熱納米銅導(dǎo)熱硅脂，其特征在于，所述的導(dǎo)熱填料選自導(dǎo)熱系數(shù)大于10W/m.K的導(dǎo)熱填料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高導(dǎo)熱納米銅導(dǎo)熱硅脂，其特征在于，所述的導(dǎo)熱填料顆粒形狀沒有特別限制，可以為球狀、棒狀、針狀、圓盤形以及不規(guī)則形狀。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高導(dǎo)熱納米銅導(dǎo)熱硅脂，其特征在于，所述的導(dǎo)熱填料選自氧化鋅、氧化鋁、氧化鎂中的一種或幾種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高導(dǎo)熱納米銅導(dǎo)熱硅脂，其特征在于，所述的導(dǎo)熱填料的平均粒徑為0.1-50 μ m。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高導(dǎo)熱納米銅導(dǎo)熱硅脂，其特征在于，所述的納米銅粒子，是基于等離子輻照后，使銅片蒸發(fā)后形成的粒徑為20-50nm的新型納米銅粒子。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高導(dǎo)熱納米銅導(dǎo)熱硅脂，其特征在于，所述的納米銅粒子由以下方法制備: 1)將高純電解銅片放入鎢舟中，抽真空至8Pa左右，充入適量H2和氦氣的混合氣體，然后用電阻加入加熱引燃等離子弧，在加熱周圍形成高溫區(qū)，使銅片融化并蒸發(fā)， 2)控制銅原子的蒸發(fā)速度，使其離開液面后，與惰性氣體分子不斷碰撞后而改變運(yùn)動方向，不能沉積成膜，而是在低溫表面的任意方向沉積成納米粒子， 3)將所得的納米銅粒子在無水乙醇中通過超聲分散，制得銅粒子的粒徑基本在20~50nm 之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高導(dǎo)熱納米銅導(dǎo)熱硅脂，其特征在于，所述的高導(dǎo)熱納米銅導(dǎo)熱硅脂還包括添加劑，所述的添加劑選自表面活性劑、著色劑、阻燃劑、催化劑、觸變改性劑中的一種或幾種。
10.權(quán)利要求1-9中任意一項權(quán)利要求所述的高導(dǎo)熱納米銅導(dǎo)熱硅脂的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: S10、將聚有機(jī)硅氧烷、添加劑在室溫下混合10~20分鐘； S20、加入納米銅粒子以及導(dǎo)熱填料，用分散設(shè)備混合均勻后置于150°C的烘箱中30min使其稠化，冷卻后得到高導(dǎo)熱納米銅導(dǎo)熱硅脂。
【文檔編號】C08K3/22GK103772993SQ201410036042
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年1月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月26日
【發(fā)明者】余洪桂, 劉婷, 程峰, 吳芝錠, 葉寬, 蔣擁華 申請人:一遠(yuǎn)電子科技有限公司