[發(fā)明專利]一種高熱導(dǎo)率低粘度的導(dǎo)熱硅脂組合物及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710825199.5
• 申請日: 2017-09-14
• 公開（公告）號: CN107603224B
• 公開（公告）日: 2021-01-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉斌;張航;淮秀蘭;蔡軍;陳哲;孫方遠(yuǎn);楊明
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院工程熱物理研究所
• 主分類號: C08L83/04
• 分類號: C08L83/04;C08K13/06;C08K9/06;C08K7/24;C08K3/38;C08K3/08;C08K7/04;C09K5/14
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明公開了一種高熱導(dǎo)率、低粘度低油離度的導(dǎo)熱硅脂組合物及其制備方法，導(dǎo)熱硅脂組合物包括聚有機(jī)硅氧烷、導(dǎo)熱填料及其他助劑，選取特定范圍內(nèi)的多維度(一維、二維和三維)和多尺度(微米、亞微米和納米)的導(dǎo)熱填料進(jìn)行復(fù)配，充分發(fā)揮多維度和多尺度填料之間的協(xié)同作用，實現(xiàn)局部網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)下填料的緊密堆積，不僅顯著提高了導(dǎo)熱硅脂的熱導(dǎo)率，而且所制得的導(dǎo)熱硅脂流動性好，具有粘度和油離度低的優(yōu)點。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于熱界面材料領(lǐng)域，具體涉及一種具有高熱導(dǎo)率、低粘度的導(dǎo)熱硅脂組合物及其制備方法。

背景技術(shù)

隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展，電子元器件的集成程度和組裝密度不斷提高，其在提供了強(qiáng)大的使用功能的同時，也導(dǎo)致了工作功耗和發(fā)熱量的急劇增加。在電子元器件表面和散熱器之間存在極細(xì)微的凹凸不平的空隙，如果將他們直接安裝在一起，實際接觸面積只有散熱器底座面積的10％，其余均為空氣間隙。因為空氣是熱的不良導(dǎo)體，將導(dǎo)致電子元器件與散熱器間的接觸熱阻非常大，嚴(yán)重阻礙了熱量的傳導(dǎo)，最終造成散熱器的效能低下，輕則降低元器件運行穩(wěn)定性和使用壽命，重則造成電路損壞和系統(tǒng)崩潰。使用具有高導(dǎo)熱性的熱界面材料填充滿這些間隙，排除其中的空氣，在電子元器件和散熱器間建立有效的熱傳導(dǎo)通道，可以大幅度低接觸熱阻，使散熱器的作用得到充分地發(fā)揮。導(dǎo)熱硅脂是一種高導(dǎo)熱絕緣有機(jī)硅材料，幾乎永遠(yuǎn)不固化，可在-50℃～+230℃的溫度下長期保持使用時的脂膏狀態(tài)。具有優(yōu)異的電絕緣性和導(dǎo)熱性，可廣泛涂覆于各種電子產(chǎn)品和電器設(shè)備中。

目前導(dǎo)熱硅脂主要通過在硅油中添加高導(dǎo)熱填料來提高其導(dǎo)熱性能。導(dǎo)熱填料形狀可分為管狀、針狀、片狀、球狀和不規(guī)則狀。對于管狀和針狀等纖維材料，由于熱量沿軸向傳遞遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他方向，故可以認(rèn)為是一維材料，如碳納米管、碳纖維、針狀氮化硼等填料；對于片狀材料，熱量傳遞可以認(rèn)為是沿著平面二維方向，如石墨烯、六方氮化硼等填料；對于球狀和不規(guī)則狀材料，可認(rèn)為是三維結(jié)構(gòu)，比如球形銀粉和不規(guī)則金剛石微粉等。上述導(dǎo)熱填料均可以按照需求加工成所需尺度，典型粉體填料粒度分布包括微米(1.1～80μm)、亞微米(0.11～1μm)和納米(0.01～0.1μm)區(qū)間。

為了提高填料的填充量，現(xiàn)有研究提出采用不同粒徑的填料進(jìn)行復(fù)配，以保證大填料之間空隙處被填充，且從有助于硅脂導(dǎo)熱性能的提升，例如現(xiàn)有技術(shù)中采用的導(dǎo)熱填料由大、中、小三種粒徑粉體組成，熱導(dǎo)率較單一粒徑填料有所增加。但是現(xiàn)有技術(shù)中，亞微米和微米小粒徑填料的應(yīng)用范圍較為有限，粒徑低于1μm的小粒徑填料不應(yīng)該超過總填充量的2％，否則會導(dǎo)致硅脂的粘度和觸變性急劇增加，影響使用效果。此外，常規(guī)填料形狀多為球形或不規(guī)則形狀，這兩種形狀填料之間多為“點”接觸，導(dǎo)熱通路有限，因此熱導(dǎo)率很難進(jìn)一步提高。

現(xiàn)有技術(shù)中探討了采用多種形狀的填料進(jìn)行復(fù)配，例如采用一維的碳納米管、導(dǎo)熱碳纖維、二維的石墨烯、三維的石墨烯泡沫以及零維的高導(dǎo)熱顆粒等混合作為填料，形成鏈狀和網(wǎng)狀的導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)；或采用石墨烯、碳納米管、相變膠囊混合作為填料，形成點-線-面的三維大網(wǎng)絡(luò)體系。文獻(xiàn)(例如勾昱君,劉中良,張廣孟,等.多壁碳納米管長度對導(dǎo)熱硅脂導(dǎo)熱性能的影響[J].工程熱物理學(xué)報,2014(6):1185-1188)研究了碳納米管、石墨烯等對導(dǎo)熱材料的影響，隨著碳納米管長度的增加，導(dǎo)熱性能下降，而隨著石墨烯尺寸的增大，導(dǎo)熱性能提高。目前技術(shù)僅考慮了多維度填料復(fù)配對硅脂熱導(dǎo)率的影響，多數(shù)情況下一維纖維和二維片狀結(jié)構(gòu)的加入，形成一個整體三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，雖然有利于導(dǎo)熱通路的形成，但是阻礙了填料之間的相對滑移和流動，從而導(dǎo)致硅脂粘度的急劇增加，使制品的可操作性嚴(yán)重下降。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有復(fù)配導(dǎo)熱填料存在的上述問題和缺陷，本發(fā)明旨在提供一種高熱導(dǎo)率、低粘度低油離度的導(dǎo)熱硅脂組合物及其制備方法，選取特定范圍內(nèi)的多維度(一維、二維和三維)和多尺度(微米、亞微米和納米)的導(dǎo)熱填料進(jìn)行復(fù)配，充分發(fā)揮多維度和多尺度填料之間的協(xié)同作用，實現(xiàn)局部網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)下填料的緊密堆積，不僅顯著提高了導(dǎo)熱硅脂的熱導(dǎo)率，而且所制得的導(dǎo)熱硅脂流動性好，具有粘度和油離度低的優(yōu)點。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：