一种可用于制备热界面材料的相变材料基体及其制备方法和应用与流程

1.本发明涉及材料技术领域，具体涉及一种可用于制备热界面材料的相变材料基体及其制备方法和应用。


背景技术：

2.热界面材料在电子器件如封装芯片与设备热管理技术中扮演着“热桥”作用，可填充于热源与各种热管理部件界面间隙并建立热运输桥梁，使封装芯片能够及时散热，保障其高效运转且使用寿命得以延长。衡量热界面材料热运输效率的关键因素是材料有效总热阻，其表达如下：
3.r
total
＝r
contact1
+r
contact2
+d/k
4.其中r
total
为有效总热阻；r
contact1,2
为热界面材料与接触固体间的界面接触热阻；k为热界面材料本征导热系数；d为热界面材料厚度。从等式可以看出，提升材料自身导热性数(k)、降低材料接触热阻，是提升热界面材料热运输效率即增强导热性能的关键。近年来，许多聚合物复合材料被设计为热界面材料用以提升导热系数从而降低热阻，此类热界面材料采用了增加填料含量形成三维导热通路网络、填料杂化、表面修饰等策略。其实，一种理想的热界面材料不仅其自身要具有极强的导热性能，还要有良好的形状适应性和界面兼容性，以保证材料在界面处可以完美贴合，界面接触热阻降低，使热量能够有效地跨界运输。
5.改善热界面材料界面兼容性的有效方法是降低材料模量。相变材料因具有相变前后模量变化显著的特点可以用来作为热界面材料基体。当该热界面材料处于高温时，基体发生相变，模量降低，在同等压力下界面兼容性增强，从而提升了界面处热传导。但传统的相变材料为固-液相变，这极易导致相变材料在应用时发生液化泄漏，从而影响材料导热效果，甚至损害电子器件。因此防止材料液化泄漏，是相变热界面材料发展的巨大挑战。


技术实现要素：

6.本发明提供一种可用于制备热界面材料的相变材料基体及其制备方法和应用。目的在于，解决热界面材料与接触物体之间界面兼容性问题，使热界面材料在界面处更加贴合，从而降低界面接触热阻，提升导热效率。
7.为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
8.本发明提供一种可用于制备热界面材料的相变材料基体，包括以份的计的各组分原料：0.1～99.9份的烯烃材料、0～99.9份的可接枝高分子预聚体、0.1～99.9份的交联高分子预聚体，以及0.1～1份的催化剂。
9.进一步的，所述烯烃材料为十六烯和/或十八烯的具有相变特性材料。
10.进一步的，所述可接枝高分子预聚体为能与烯烃材料发生加成反应的含氢硅油。
11.进一步的，所述交联高分子预聚体为聚二甲基硅氧烷预聚体。
12.进一步的，所述催化剂选自氯铂酸、氯铂酸-异丙醇络合物、氯铂酸-二乙烯基四甲
基二硅氧烷络合物中的至少一种。
13.本发明还提供上述的可用于制备热界面材料的相变材料基体的制备方法，该方法包括：将烯烃材料、可接枝高分子预聚体、交联高分子预聚体、以及催化剂进行均匀混合搅拌，得到可用于制备热界面材料的相变材料基体；其中，在该方法中所述烯烃材料与可接枝高分子预聚体接枝后，得到再与所述交联高分子预聚体相交联，形成共价键网络；或者，所述烯烃材料与可接枝高分子预聚体接枝后，溶于所述交联高分子预聚体自行交联后，形成的共价键网络。
14.进一步的，所述接枝烯烃材料后的高分子预聚体在基体中存在形式：与其它高分子预聚体交联或分散于高分子交联网络中或以上两者均包含。
15.本发明也提供上述的可用于制备热界面材料的相变材料基体的制备方法，该方法包括：将烯烃材料、交联高分子预聚体、以及催化剂进行均匀混合搅拌，得到可用于制备热界面材料的相变材料基体；其中，在该方法中所述烯烃材料与交联高分子预聚体直接进行交联。
16.本发明又提供上述的可用于制备热界面材料的相变材料基体在制备热界面材料领域中的应用。
17.进一步的，所述热界面材料的导热系数在0.1w/mk～100.0w/mk，接触热组为10-7
m2k/w～10-4
m2k/w，模量在0.001kpa～1000mpa范围内。
18.相较于现有技术，本发明提供的技术方案至少具有以下优点：
19.本发明提供一种可用于制备热界面材料的相变材料基体及其制备方法和应用，该可用于制备热界面材料的相变材料基体在同等填料份数情况下，利用所发明具有相变特性高分子基体复合出的热界面材料较同类型但未用该基体制备的热导率提升28.6％、接触热阻降低46.1％、储能模量降低93.33％。且制备方法简单，适应于工业化生产。
附图说明
20.一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
21.图1是本发明实施例采用不同方式制备出的高分子基体；
22.图2是本发明实施例采用不同方式制备出的高分子基体；
23.图3是本发明实施例采用不同方式制备出的高分子基体；
24.图4是本发明实施例中利用奥林巴斯偏光显微镜观测交联后基体相变前后状态图。
具体实施方式
25.发明人发现，通过改善热界面材料模量以提升材料界面兼容性；选择合适的高分子基体，可以有效调节热界面材料模量；相变材料因为相变前后模量的明显变化可作为基体来制备热界面材料；但因纯相变材料如石蜡在相变后会出现液化现象，导致材料泄漏。
26.基于此，利用具有相变特性的烯烃材料与侧链含氢硅油相接枝，合成出具有相变特性硅油，并将合成好的硅油作为高分子单体与其它高分子预聚体如二甲基硅氧烷等通过共价键交联，共同形成交联网络，得到具有固-固相变特性、模量具有明显变化的高分子胶
体；或将合成好的相变硅油与其它可自行相互交联的硅油高分子预聚体进行混合交联，硅油高分子预聚体相互交联形成共价键网络，由于相变硅油结构与交联硅油结构相似，根据相似相溶原理，相变硅油可以很好的被交联硅油共价键网络锁住，从而防止其泄漏。将上述未交联的原材料以不同组分配比，并与高导热填料进行均匀混合后，通过加热固化交联处理，即可得到具有固-固相变特性的、材料模量的到改善、界面兼容性提升的热界面材料。
27.本发明提供一种可用于制备热界面材料的相变材料基体，包括以份的计的各组分原料：0.1～99.9份的烯烃材料、0～99.9份的可接枝高分子预聚体、0.1～99.9份的交联高分子预聚体，以及0.1～1份的催化剂。
28.本发明还提供上述的可用于制备热界面材料的相变材料基体的制备方法，如图1、图3所示，该方法包括：将烯烃材料、可接枝高分子预聚体、交联高分子预聚体、以及催化剂进行均匀混合搅拌，得到可用于制备热界面材料的相变材料基体；其中，在该方法中所述烯烃材料与可接枝高分子预聚体接枝后，得到再与所述交联高分子预聚体相交联，形成共价键网络；或者，所述烯烃材料与可接枝高分子预聚体接枝后，分散在交联高分子预聚体自行交联形成的共价键网络中，图3绿色区域为接枝高分子预聚体可能分散在的位置。
29.需要说明的是，在本发明中，第一种情况如图1所示，与烯烃材料接枝后的高分子预聚体会和交联高分子预聚体反应形成高分子交联网络，也就是说此时的接枝高分子预聚体是高分子交联组成的一部分；另一种形式，所谓“溶于”是指接枝预聚体不与交联预聚体反应交联，以单体溶液的形式分散在由交联高分子预聚体交联形成的高分子交联网络中。此处可类比水凝胶，水分散在凝胶网络中，即溶于其中。接枝预聚体分散在交联网络中，即溶于其中，如图3绿色区域所示。
30.本发明也提供上述的可用于制备热界面材料的相变材料基体的制备方法，如图2所示，该方法包括：将烯烃材料、交联高分子预聚体、以及催化剂进行均匀混合搅拌，得到可用于制备热界面材料的相变材料基体；其中，在该方法中所述烯烃材料与交联高分子预聚体直接进行交联。
31.本发明又提供上述的可用于制备热界面材料的相变材料基体在制备热界面材料领域中的应用。
32.下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。需要说明的是，下述实施例中涉及单位为“份”的，如无另外说明则为“质量份”。
33.实施例1
34.(a)4.4质量份侧链含氢硅油与11.6份十六烯进行性加成反应得到16份接枝十六烯侧链含氢硅油，合成备用，该合成操作为公知部分，不必赘述。
35.(b)80份的导热填料、16份接枝十六烯侧链含氢硅油、4份聚二甲基硅氧烷预聚体加入高速混合搅拌机中进行常温高速搅拌，具体参数可设定为1000rpm速度搅拌60秒、随后1200rpm搅拌45秒、随后1500rpm搅拌30秒，最后1800rpm搅拌15秒。
36.(c)充分搅拌后加入氯铂酸-二乙烯基四甲基二硅氧烷络合物(0.1份)。
37.(d)在20℃真空度-90.0kpa下，以1000rpm的速度继续搅拌45秒、随后1200rpm搅拌30秒、1500rpm搅拌15秒。
38.(e)将上述混合物取出压延成不同厚度。
39.(f)加热固化后测试备用。
40.实施例2
41.与实施例1的操作基本一致，所不同的是合成材料份数改为80质量份的导热填料、14份接枝十六烯侧链含氢硅油(3.8份侧链含氢硅油、10.2份十六烯)，6份聚二甲基硅氧烷预聚体。
42.实施例3
43.与实施例1的操作基本一致，所不同的是合成材料份数改为80质量份的导热填料、12份接枝十六烯侧链含氢硅油(3.3份侧链含氢硅油、8.7份十六烯)，8份聚二甲基硅氧烷预聚体。
44.实施例4
45.与实施例1的操作基本一致，所不同的是合成材料份数改为80质量份的导热填料、10份接枝十六烯侧链含氢硅油(2.7份侧链含氢硅油、7.3份十六烯)，10份聚二甲基硅氧烷预聚体。
46.对比例1
47.与实施例1的操作基本一致，所不同的是合成材料份数改为80质量份的导热填料、20份聚二甲基硅氧烷预聚体。
48.(1)热界面材料导热测试：
49.利用瑞岭热传导系数测试装置(lw9389)，对材料本征热导率及接触热阻进行测试。测试依据标准为astm d 5470，该标准为公知部分，在此不必赘述。
50.根据上述方法测试实施例1～4、对比例1，所得热界面材料的热导率、接触热阻测试结果下表所示：
[0051][0052]
(2)材料机械强度测试：
[0053]
采用万能拉伸机(日本岛津，型号ag-x plus 10n-10kn)对材料在高低温下(室温、75℃)分别进行测试。该测试方法技术为公知部分，在此不必赘述。拉伸速率设定为3mm/min。
[0054]
根据上述方法测试实施例1～4的拉伸强度与断裂伸长率，测试汇总结果如下表所示：
[0055][0056]
(3)泄漏率测试：
[0057]
泄漏率是通过将初始质量为m0的样品放在保持在60℃的烤箱中的滤纸上进行的。一小时后，取出样品，用分析天平称重，每次称重后更换滤纸。样品在烘箱中加热n次后的质量被定义为mn，材料泄漏率计算公式如下：
[0058]
l＝(m
0-mn)/m0×
100％
[0059] 24小时后最终泄漏率(％)实施例40.754实施例30.837实施例20.885实施例10.916
[0060]
(4)材料模量测试：
[0061]
采用动态热机械分析仪(dma)对材料储存模量进行测试，测试温度区间为0～80℃，升温速率为2℃每分钟。
[0062]
更具上述根据上述方法测试实施例1～4随温度上升模量的变化，测试结果汇总如下表所示：
[0063][0064]
(5)利用奥林巴斯偏光显微镜观测交联后基体相变前后状态，如图4所示，从图4中可以看出，烯烃分子链在所接枝原位发生相变，由于共价键的限制，烯烃分子链处于非游离状态，导致其在相变前后不会发生汇聚析出现象，且反复的升温降温操作证实该特点，进而证实了该高分子基体具有稳定的固-固相变特性。
[0065]
本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本技术的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本技术的精神和范围。任何本领域技术人员，在不脱离本技术的精神和范围内，均可作各自更动与修改，因此本技术的保护范围应当以权利要求限定的范围为准。

技术特征：
1.一种可用于制备热界面材料的相变材料基体，其特征在于，包括以份的计的各组分原料：0.1～99.9份的烯烃材料、0～99.9份的可接枝高分子预聚体、0.1～99.9份的交联高分子预聚体，以及0.1～1份的催化剂。2.根据权利要求1所述的可用于制备热界面材料的相变材料基体，其特征在于，所述烯烃材料为十六烯和/或十八烯的具有相变特性材料。3.根据权力要求1所述的可用于制备热界面材料的相变材料基体，其特征在于，所述可接枝高分子预聚体为能与烯烃材料发生加成反应的含氢硅油。4.根据权利要求1所述的可用于制备热界面材料的相变材料基体，其特征在于，所述交联高分子预聚体为聚二甲基硅氧烷预聚体。5.根据权利要求1所述的可用于制备热界面材料的相变材料基体，其特征在于，所述催化剂选自氯铂酸、氯铂酸-异丙醇络合物、氯铂酸-二乙烯基四甲基二硅氧烷络合物中的至少一种。6.根据权利要求1至5中任一项所述的可用于制备热界面材料的相变材料基体的制备方法，其特征在于，该方法包括：将烯烃材料、可接枝高分子预聚体、交联高分子预聚体、以及催化剂进行均匀混合搅拌，得到可用于制备热界面材料的相变材料基体；其中，在该方法中所述烯烃材料与可接枝高分子预聚体接枝后，得到再与所述交联高分子预聚体相交联，形成共价键网络；或者，所述烯烃材料与可接枝高分子预聚体接枝后，溶于所述交联高分子预聚体自行交联后，形成的共价键网络。7.根据权利要求6所述的可用于制备热界面材料的相变材料基体的制备方法，其特征在于，所述接枝烯烃材料后的高分子预聚体在基体中存在形式：与其它高分子预聚体交联或分散于高分子交联网络中或以上两者均包含。8.根据权利要求1至5中任一项所述的可用于制备热界面材料的相变材料基体的制备方法，其特征在于，该方法包括：将烯烃材料、交联高分子预聚体、以及催化剂进行均匀混合搅拌，得到可用于制备热界面材料的相变材料基体；其中，在该方法中所述烯烃材料与交联高分子预聚体直接进行交联。9.根据权利要求1至5中任一项所述的可用于制备热界面材料的相变材料基体在制备热界面材料领域中的应用。10.根据权利要求1至5中任一项所述的可用于制备热界面材料的相变材料基体的应用，其特征在于，所述热界面材料的导热系数在0.1w/mk～100.0w/mk，接触热组为10-7
m2k/w～10-4
m2k/w，模量在0.001kpa～1000mpa范围内。

技术总结
本发明提供了一种可用于制备热界面材料的相变材料基体及其制备方法和应用，该可用于制备热界面材料的相变材料基体包括以份的计的各组分原料：0.1～99.9份的烯烃材料、0～99.9份的可接枝高分子预聚体、0.1～99.9份的交联高分子预聚体，以及0.1～1份的催化剂。在同等填料份数情况下，利用所发明具有相变特性高分子基体复合出的热界面材料较同类型但未用该基体制备的热导率提升28.6％、接触热阻降低46.1％、储能模量降低93.33％。且制备方法简单，适应于工业化生产。适应于工业化生产。适应于工业化生产。


技术研发人员：庞云嵩 杨敏 曾小亮 李俊鸿 周威 任琳琳 许建斌 孙蓉
受保护的技术使用者：深圳先进电子材料国际创新研究院
技术研发日：2023.06.13
技术公布日：2023/9/20