一種石墨烯增強(qiáng)有機(jī)硅導(dǎo)熱材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種有機(jī)硅高分子材料及其制備方法，具體是一種石墨烯增強(qiáng)有機(jī)硅 導(dǎo)熱材料及其制備方法，屬于高分子材料技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 有機(jī)硅產(chǎn)品是以硅一氧（Si - 0)鍵為主鏈結(jié)構(gòu)的，所以有機(jī)硅產(chǎn)品具有熱穩(wěn)定 性高、耐候性高、電器絕緣性能、低表面張力和低表面能、生理惰性等特點(diǎn)，由于有機(jī)硅具有 上述這些優(yōu)異的性能，因此它的應(yīng)用范圍非常廣泛。它不僅作為航空、尖端技術(shù)、軍事技術(shù) 部門的特種材料使用，而且也用于國民經(jīng)濟(jì)各部門，其應(yīng)用范圍已擴(kuò)到：建筑、電子電氣、紡 織、汽車、機(jī)械、皮革造紙、化工輕工、金屬和油漆、醫(yī)藥醫(yī)療等。
[0003] 國內(nèi)外研宄者對有機(jī)硅導(dǎo)熱材料進(jìn)行了大量的研發(fā)和改性，逐漸形成一系列導(dǎo)熱 硅材料，如導(dǎo)熱硅膠片、灌封膠、導(dǎo)熱硅脂等。近年來采用無機(jī)填料(玻璃纖維、碳纖維、晶須 等)制備超高導(dǎo)熱復(fù)合材料的研宄越來越受到關(guān)注，并將其廣泛應(yīng)用于電子行業(yè)。石墨烯由 于導(dǎo)熱系數(shù)高達(dá)5300 W/m · K，與有機(jī)硅復(fù)合后使聚合物體系性能得到很大的提高，且生產(chǎn) 工藝簡單。
[0004] 同時(shí)，在電子封裝和計(jì)算機(jī)芯片方面，設(shè)備的幾何尺寸不斷減小，能量輸出卻不斷 增加，使得導(dǎo)熱絕緣材料的研宄在這一領(lǐng)域變得越來越重要。通用導(dǎo)熱材料易加工成型、價(jià) 格低廉，但是熱導(dǎo)率較低。通過在有機(jī)硅材料中添加高熱導(dǎo)率的功能填料，如氮化鋁、氮化 硼、氧化鎂和氧化鋁等，可望顯著提高聚合物的導(dǎo)熱性能，同時(shí)又能保持聚合物的絕緣性 能。
[0005] 現(xiàn)有技術(shù)已經(jīng)報(bào)導(dǎo)了有機(jī)硅導(dǎo)熱材料的制備及其性能，但添加一定比例石墨烯材 料，并采用有機(jī)硅樹脂為基體、高導(dǎo)熱劑，通過壓延的方法制備石墨烯增強(qiáng)導(dǎo)熱絕緣復(fù)合材 料情況在國內(nèi)卻極少。因此，本發(fā)明所開發(fā)的石墨烯增強(qiáng)導(dǎo)熱材料具有廣闊的應(yīng)用前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是提供一種石墨烯增強(qiáng)有機(jī)硅導(dǎo)熱材料。
[0007] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種石墨烯增強(qiáng)有機(jī)硅導(dǎo)熱材料，由有機(jī)硅樹脂15~35 份、導(dǎo)熱劑25~55份、石墨烯1~7份、鉑金催化劑0. 1~2份、含氫硅油0. 1~2份、偶聯(lián)劑3~11 份、阻燃劑〇~5份、脫模劑0~3份按重量配比組成，采用如下步驟制備： (1) 將導(dǎo)熱劑粉末吹入密閉反應(yīng)室內(nèi)，通過鼓風(fēng)使得粉末顆粒懸浮于反應(yīng)室內(nèi)隨著空 氣流動，將偶聯(lián)劑加熱后，將霧化后的偶聯(lián)劑噴'入反應(yīng)室內(nèi)，停留30s~lmin，待反應(yīng)室內(nèi)物 料溫度冷卻至室溫后，取出，獲得經(jīng)過表面處理的導(dǎo)熱劑； (2) 將經(jīng)過表面處理的導(dǎo)熱劑、石墨烯、有機(jī)硅樹脂、阻燃劑、脫模劑依次裝入密煉機(jī)密 煉0. 5~1小時(shí)，然后在真空度為0. 06MPa下干燥5min，再繼續(xù)密煉共混0. 5~1小時(shí)，取出在 真空度為〇. 〇6MPa下干燥5min，控制密煉機(jī)溫度為180~220°C控制轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為30~45r/min， 密煉共混1〇~15分鐘，得混合原料； (3)將密煉后的混合原料、鉑金催化劑、含氫硅油依次加入分散攪拌機(jī)，以轉(zhuǎn)速 400~600r/min攪拌0. 5?2小時(shí)后，取出物料，經(jīng)除氣、壓延，制得石墨烯增強(qiáng)有機(jī)硅導(dǎo)熱 材料； 其中，所述石墨稀的厚度為1?3nm、尺寸為2?10 μm。
[0008] 所述導(dǎo)熱劑可以是滑石粉、氧化鋁、氧化硅、氧化鋅、氧化鎂、氧化鈣、氮化鋁、氮化 硼、碳化硅中的一種或幾種進(jìn)行復(fù)配。
[0009] 優(yōu)選的，所述導(dǎo)熱劑為氧化鎂與氮化鋁按照質(zhì)量比1:1~4進(jìn)行復(fù)配。
[0010] 進(jìn)一步優(yōu)選的，所述導(dǎo)熱劑為氮化硼或氧化鋁。
[0011] 所述含氫娃油的含氫量為0. 1?1. 0%。
[0012] 所述偶聯(lián)劑為有機(jī)絡(luò)合物、硅烷類、鈦酸酯類或鋁酸酯類偶聯(lián)劑中的一種。
[0013] 優(yōu)選的，所述偶聯(lián)劑為甲基丙烯酰氧基硅烷偶聯(lián)劑。
[0014] 本發(fā)明所述有機(jī)硅樹脂優(yōu)選透明粘稠的液體有機(jī)硅。
[0015] 本發(fā)明是基于有機(jī)硅樹脂的表面張力低、粘溫系數(shù)小、壓縮性高、氣體滲透性高、 耐高低溫、電氣絕緣、耐氧化穩(wěn)定性、耐候性、難燃、憎水、耐腐蝕、無毒無味以及生理惰性等 特點(diǎn)，將一定比例石墨烯及高導(dǎo)熱劑與其結(jié)合，并加入偶聯(lián)劑、含氫硅油固化劑或其他助劑 形成配方，可在提高有機(jī)硅材料的導(dǎo)熱性能同時(shí)，增強(qiáng)其力學(xué)性能，石墨烯的加入進(jìn)一步提 高了產(chǎn)品的導(dǎo)熱性能；制備過程中導(dǎo)熱劑的表面處理方式可以使得導(dǎo)熱劑顆粒表面完全被 偶聯(lián)劑覆蓋，提高導(dǎo)熱劑與有機(jī)硅樹脂的相容性，獲得高質(zhì)量高性能的產(chǎn)品。
【具體實(shí)施方式】
[0016] 下面通過實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明，這些實(shí)施例僅用來說明本發(fā)明，并 不限制本發(fā)明的范圍。
[0017] 實(shí)施例1采用以下配方：有機(jī)硅樹脂20份、氧化鋁45份、石墨烯(厚度為1? 3nm、尺寸為2?10 μm) 1份、鉬金催化劑0. 2份、含氫量為0. 4%的含氫娃油0. 3份、娃燒 偶聯(lián)劑5份、阻燃劑2份、脫模劑1份，按如下步驟制備： (1) 將導(dǎo)熱劑粉末吹入密閉反應(yīng)室內(nèi)，通過鼓風(fēng)使得粉末顆粒懸浮于反應(yīng)室內(nèi)隨著空 氣流動，將偶聯(lián)劑加熱后，將霧化后的娃燒偶聯(lián)劑噴'入反應(yīng)室內(nèi)，停留Imin，待反應(yīng)室內(nèi)物 料溫度冷卻至室溫后，取出，獲得經(jīng)過表面處理的導(dǎo)熱劑； (2) 將經(jīng)過表面處理的導(dǎo)熱劑、石墨烯、有機(jī)硅樹脂、阻燃劑、脫模劑依次裝入密煉機(jī)密 煉1小時(shí)，然后在真空度為0. 〇6MPa下干燥5min，再繼續(xù)密煉共混0. 5小時(shí)，取出在真空度 為0. 06MPa下干燥5min，控制密煉機(jī)溫度為180~220°C控制轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為30~45r/min，密煉 共混10分鐘，得混合原料； (3) 將密煉后的混合原料、鉑金催化劑、含氫硅油依次加入分散攪拌機(jī)，以轉(zhuǎn)速500r/ min攪拌2小時(shí)后，取出物料，經(jīng)除氣、壓延，制得厚度為I. Omm的石墨稀增強(qiáng)有機(jī)娃導(dǎo)熱材 料。
[0018] 實(shí)施例2采用以下重量配比的原料制備本發(fā)明石墨烯增強(qiáng)有機(jī)硅導(dǎo)熱材料：有 機(jī)娃樹脂20份、氧化錯(cuò)45份、石墨稀(厚度為1?3nm、尺寸為2?10 μm) 2份、鉬金催化 劑〇. 2份、含氫量為0. 4%的含氫硅油0. 3份、硅烷偶聯(lián)劑5份、阻燃劑2份、脫模劑1份，制 備方法同實(shí)施例1。
[0019] 實(shí)施例3采用以下重量配比的原料制備本發(fā)明石墨烯增強(qiáng)有機(jī)硅導(dǎo)熱材料：有 機(jī)娃樹脂20份、氧化錯(cuò)45份、石墨稀(厚度為1?3nm、尺寸為2?10 μ m) 3份、鉬金催化 劑〇. 2份、含氫量為0. 4%的含氫硅油0. 3份、硅烷偶聯(lián)劑5份、阻燃劑2份、脫模劑1份，制 備方法同實(shí)施例1。
[0020] 實(shí)施例4采用以下重量配比的原料制備本發(fā)明石墨烯增強(qiáng)有機(jī)硅導(dǎo)熱材料：有 機(jī)娃樹脂20份、氧化錯(cuò)45份、石墨稀(厚度為1?3nm、尺寸為2?10 μ m) 4份、鉬金催化 劑〇. 2份、含氫量為0. 4%的含氫硅油0. 3份、硅烷偶聯(lián)劑5份、阻燃劑2份、脫模劑1份，制 備方法同實(shí)施例1。
[0021] 在相同環(huán)境溫度下，對實(shí)施例1~4制得的導(dǎo)熱材料進(jìn)行檢測，結(jié)果如下。結(jié)果表 明，采用本發(fā)明制得的導(dǎo)熱材料中石墨烯的加入可以提高材料的導(dǎo)熱系數(shù)，其其他性能也 得到改善。
[0022]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種石墨烯增強(qiáng)有機(jī)硅導(dǎo)熱材料，其特征在于：是由有機(jī)硅樹脂15~35份、導(dǎo)熱劑 25~55份、石墨烯1~7份、鉑金催化劑0. 1~2份、含氫硅油0. 1~2份、偶聯(lián)劑3~11份、阻燃劑 〇~5份、脫模劑0~3份按重量配比組成，采用如下步驟制備： (1) 將導(dǎo)熱劑粉末吹入密閉反應(yīng)室內(nèi)，通過鼓風(fēng)使得粉末顆粒懸浮于反應(yīng)室內(nèi)隨著空 氣流動，將偶聯(lián)劑加熱后，將霧化后的偶聯(lián)劑噴'入反應(yīng)室內(nèi)，停留30s~lmin，待反應(yīng)室內(nèi)物 料溫度冷卻至室溫后，取出，獲得經(jīng)過表面處理的導(dǎo)熱劑； (2) 將經(jīng)過表面處理的導(dǎo)熱劑、石墨烯、有機(jī)硅樹脂、阻燃劑、脫模劑依次裝入密煉機(jī)密 煉0. 5~1小時(shí)，然后在真空度為0. 06MPa下干燥5min，再繼續(xù)密煉共混0. 5~1小時(shí)，取出在 真空度為〇. 〇6MPa下干燥5min，控制密煉機(jī)溫度為180~220°C控制轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為30~45r/min， 密煉共混1〇~15分鐘，得混合原料； (3) 將密煉后的混合原料、鉑金催化劑、含氫硅油依次加入分散攪拌機(jī)，以轉(zhuǎn)速 400~600r/min攪拌0. 5?2小時(shí)后，取出物料，經(jīng)除氣、壓延，制得石墨烯增強(qiáng)有機(jī)硅導(dǎo)熱 材料； 其中，所述石墨稀的厚度為1?3nm、尺寸為2?10 ym。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯增強(qiáng)有機(jī)硅導(dǎo)熱材料，其特征在于：所述導(dǎo)熱劑是滑 石粉、氧化鋁、氧化硅、氧化鋅、氧化鎂、氧化鈣、氮化鋁、氮化硼、碳化硅中的一種或幾種進(jìn) 行復(fù)配。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯增強(qiáng)有機(jī)硅導(dǎo)熱材料，其特征在于：所述導(dǎo)熱劑為氧 化鎂與氮化鋁按照質(zhì)量比1:1~4進(jìn)行復(fù)配。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的石墨烯增強(qiáng)有機(jī)硅導(dǎo)熱材料，其特征在于：所述導(dǎo)熱劑 為氮化硼或氧化鋁。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯增強(qiáng)有機(jī)硅導(dǎo)熱材料，其特征在于：所述含氫硅油的 含氫量為〇. 1?1. 0%。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯增強(qiáng)有機(jī)硅導(dǎo)熱材料，其特征在于：所述偶聯(lián)劑為有 機(jī)絡(luò)合物、硅烷類、鈦酸酯類和鋁酸酯類偶聯(lián)劑中一種。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的石墨烯增強(qiáng)有機(jī)硅導(dǎo)熱材料，其特征在于：所述偶聯(lián)劑 為甲基丙烯酰氧基硅烷偶聯(lián)劑。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種石墨烯增強(qiáng)有機(jī)硅導(dǎo)熱材料，是由有機(jī)硅樹脂 15~35份、導(dǎo)熱劑 25~55份、石墨烯1~7份、鉑金催化劑0.1~2份、含氫硅油 0.1~2份、偶聯(lián)劑3~11份、阻燃劑0~5份、脫模劑0~3份組成；本發(fā)明通過將一定比例石墨烯及高導(dǎo)熱劑與有機(jī)硅樹脂結(jié)合，并加入偶聯(lián)劑、含氫硅油固化劑或其他助劑形成配方，可在提高有機(jī)硅材料的導(dǎo)熱性能同時(shí)，增強(qiáng)其力學(xué)性能，石墨烯的加入進(jìn)一步提高了產(chǎn)品的導(dǎo)熱性能；制備過程中導(dǎo)熱劑的表面處理方式可以使得導(dǎo)熱劑顆粒表面完全被偶聯(lián)劑覆蓋，提高導(dǎo)熱劑與有機(jī)硅樹脂的相容性，獲得高質(zhì)量高性能的產(chǎn)品。
【IPC分類】C08K3-04, C08L83-05, C08K3-28, C08K9-06, C08L83-04, C08K3-22, C08K13-06
【公開號】CN104530706
【申請?zhí)枴緾N201410774275
【發(fā)明人】楊永佳, 張彥兵, 楊小義
【申請人】惠州力王佐信科技有限公司
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2014年12月16日