一种基于有机硅体系的高性能导热相变材料及其制备方法与流程

1.本发明涉及一种基于有机硅体系的高性能导热相变材料，涉及c09k5/06，具体涉及传热，热交换或储热的材料。


背景技术：

2.随着科技的进步，电子信息技术的到来，电子科技产品越来越趋向于微型化，电子产品工作中产生的热量会对机身造成损害，使器件老化，寿命缩短，功能失常，因此使热量快速传导散发出去是电子产品需要解决的重要技术问题。常用的导热材料有导热硅脂，导热硅脂热阻低，但存在泵出效应，还容易污染设备。导热相变材料在室温下为固态，在工作温度下呈流动状膏态，可以吸收热量，提高导热效率。目前市面上的导热相变材料导热填料填充量不高，导热系数较小，难以满足实际需求。
3.中国发明专利cn113956852a公开了一种导热相变凝胶材料，将相变材料固定在有机硅的三维交联网络中，即使相变材料受热成为液态也不会析出，并且凝胶材料的状态特点可以将导热填料挤压更加紧密，提高导热效率，但是凝胶材料的使用不方便，使用离型膜撕扯时，凝胶材料强度较低不易撕开。中国发明专利cn104650817a公开了一种导热相变材料及其制备方法，将导热相变材料制成片材，通过压制成型冷却后在室温下成固态，方便使用，但是其中导热填料的添加量不高，难以达到较佳的导热性能。


技术实现要素：

4.为了改善导热体系的相容性，提高导热体系的导热性能，同时便于离型膜的撕扯，方便使用，本技术文件的第一个方面提供了一种基于有机硅体系的高性能导热相变材料，制备原料以重量份计包括：有机硅蜡0-10份，有机硅聚合物0-15份，导热填料80-95份，处理剂0-8份。
5.在本发明的一个实施方式中，所述导热填料的重量份为85-95份，进一步优选，所述导热填料的重量份为90-95份。
6.在本发明的一个实施方式中，制备原料以重量份计包括：有机硅蜡0-5份，有机硅聚合物0-8份，处理剂0-5份。
7.在本发明的一个实施方式中，所述有机硅聚合物选自直链有机硅油、有机硅树脂、有机硅凝胶中的一种或几种的组合。
8.在本发明的一个实施方式中，所述直链有机硅油的粘度为100-1000000mpa.s，所述有机硅树脂的粘度为1000-100000mpa.s。
9.在本发明的一个实施方式中，所述直链有机硅油选自甲基硅油、乙烯基硅油、羟基硅油中的一种或几种的组合。直链有机硅油的粘度为1000-100000mpa.s。
10.在本发明的一个实施方式中，所述有机硅树脂选自甲基有机硅树脂、乙烯基有机硅树脂中的一种或组合。
11.在本发明的一个实施方式中，所述有机硅凝胶为乙烯基硅油、含氢硅油、铂金催化
剂、抑制剂反应固化后制得的。
12.在本发明的一个实施方式中，所述有机硅蜡的相变温度为30-80℃。
13.在本发明的一个实施方式中，所述有机硅蜡的相变温度为40-60℃。
14.引用相变温度为40-60℃的有机硅蜡，可以调节与有机硅树脂的协同作用，形成力学性能合适的膜层，在合适温度下容易撕膜，并且使体系具有一定的储能作用，与有机硅树脂相容性较佳，液体状态不易溢出。
15.在本发明的一个实施方式中，所述处理剂选自铝酸酯偶联剂、硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂中的一种或几种的组合。
16.在本发明的一个实施方式中，所述硅烷偶联剂选自烷基甲氧基硅烷偶联剂、烷基乙氧基硅烷偶联剂、氨基甲氧基硅烷偶联剂、乙烯基甲氧基硅烷偶联剂中的一种或几种的组合。
17.对导热填料表面进行改性处理，增加填料和基础聚合物之间的相容性，降低体系粘度。
18.在本发明的一个实施方式中，所述导热填料选自氧化铝、氧化锌、氮化硼、氮化铝、铝粉、银粉、石墨烯、碳纳米管中的一种或几种的组合。
19.导热填料用以提高导热相变体系的导热性能，不同类型、不同粒径的导热相变填料的搭配可以提高体系导热填料的填充量，保证优异的导热性能，同时也能满足一定的强度要求。
20.在本发明的一个实施方式中，所述导热填料为氧化铝，氧化锌和铝粉的组合。
21.在本发明的一个实施方式中，所述导热填料的粒径为0.1-100μm，优选的，导热填料包括3种不同的粒径范围，选自5-100μm，1-50μm，0.1-20μm，0.1-5μm粒径范围中的几种的组合。
22.在本发明的一个实施方式中，所述导热填料包括3种不同的粒径范围，导热填料为3种填料种类粒径的组合。
23.在本发明的一个实施方式中，所述第一填料为铝粉，粒径范围为5-100μm；第二填料为铝粉，粒径范围为1-50μm；第三填料为氧化锌，粒径范围为0.1-20μm。
24.在本发明的一个实施方式中，所述第一填料为铝粉，粒径范围为5-30μm；第二填料为铝粉，粒径范围为1-10μm；第三填料为氧化锌，粒径范围为0.1-5μm。
25.在本发明的一个实施方式中，所述第一填料占总填料的质量分数为30-90％；第二填料占总填料的质量分数为10-90％；第三填料占总填料的质量分数为0-90％。
26.申请人在实验过程中发现，通过引入质量占比大于90％的填料可以提高导热性能，降低热阻，但是会导致导热填料与树脂聚合物之间的相容性下降，使导热性能出现降低，无法实现预计的高导热性能，本技术通过采用四种填料种类粒径的组合协同作用，在提高导热性能的基础上，使相变材料体系的强度得到提高，相变材料与离型膜撕扯时，更容易撕膜。猜测可能的原因是：当引入质量占比大于90％的单一粒径的导热填料时，当填料的粒径大时，填料与树脂聚合物之间会产生空隙，填料在树脂聚合物中形成孤岛效应，空隙的存在会降低导热性能，使其不能实现预计的理想导热效果；当导热填料的粒径小时，填料在树脂聚合物中的强度较低，形成的相变材料与离型膜之间不易撕开，使用效果不佳。
27.本技术文件的第二个方面提供了一种基于有机硅体系的高性能导热相变材料的
制备方法，包括以下步骤：
28.(1)将有机硅聚合物和有机硅蜡在一定温度下混合均匀；
29.(2)分批加入导热填料和处理剂混合均匀；
30.(3)真空条件下，100-150℃处理低挥发组分；
31.(4)用压延机压制成不同的厚度，即得。
32.在本发明的一个实施方式中，所述步骤1的混合温度为40-80℃，处理时间为0-1h；
33.其中，有机硅聚合物和有机硅蜡通过捏合机完成混合的；其中，有机硅聚合物优选为0-8份，有机硅蜡优选为0-5份。
34.在本发明的一个实施方式中，所述步骤2的处理温度为40-80℃，处理时间0-3h。导热填料优选为90-95份，处理剂优选为0-5份，导热填料及处理剂依序分批次加入上述步骤1混合均匀后混合物中。
35.在本发明的一个实施方式中，所述步骤3的真空压力大于-100kpa，温度优选为120℃。
36.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
37.(1)本发明所述基于有机硅体系的高性能导热相变材料，采用相变温度为30-80℃的有机硅蜡，在体系中起到硬化的作用，可以使体系在合适温度下易于撕膜，并且温度较高时相变为液体具有一定的储能作用，与有机硅聚合物相容性较高，液体状态下不会溢出。
38.(2)本发明所述基于有机硅体系的高性能导热相变材料，采用不同类型，不同粒径的导热填料组合搭配，可以在提高导热填料高填充量的基础上，具有优异的导热性能，同时满足一定的强度，便于撕膜。
39.(3)本发明所述基于有机硅体系的高性能导热相变材料，采用硅烷偶联剂对导热填料进行处理，增加了导热填料与有机硅聚合物之间的相容性，降低体系粘度，提高导热填料的填充量，提高导热性能。
40.(4)本发明所述基于有机硅体系的高性能导热相变材料，采用粘度为1000-100000mpa.s的直链有机硅油，在保证容易撕膜的基础上，在工作温度压力条件下，可以使体系压至较薄的厚度，适用于多种厚度的导热环境，并且常温下为固态，可以直接贴用，制备过程中抽真空，避免了气泡的影响。
具体实施方式
41.实施例1
42.一种基于有机硅体系的高性能导热相变材料，制备原料以重量份计包括：有机硅蜡0.8份，有机硅聚合物4.9份，导热填料93份，处理剂1.3份。
43.所述有机硅蜡的相变温度为58℃，购自安徽艾约塔硅油有限公司。
44.所述有机硅聚合物为甲基直链有机硅油，粘度为10000mpa.s，购自德国瓦克，型号为ak-10000。
45.所述导热填料包括第一填料，第二填料，第三填料，第四填料，所述第一填料为铝粉，粒径范围为10μm，占总填料的质量分数为40％；第二填料为铝粉，粒径范围为3μm，占总填料的质量分数为30％；第三填料为氧化锌，粒径范围为0.9μm，占总填料的质量分数为20％。
46.所述处理剂为十六烷基三甲氧基硅烷。
47.一种基于有机硅体系的高性能导热相变材料的制备方法，包括以下步骤：
48.(1)将有机硅聚合物和有机硅蜡在60℃下混合均匀，混合0.5h；
49.(2)分批加入导热填料和处理剂混合均匀，处理温度为60℃，处理时间2h；
50.(3)真空条件下，120℃处理低挥发组分，真空压力为-90kpa；
51.(4)用压延机压制成特定的厚度，即得。
52.实施例2
53.一种基于有机硅体系的高性能导热相变材料，制备原料以重量份计包括：有机硅蜡0.8份，有机硅聚合物4.9份，导热填料93份，处理剂1.3份。
54.所述有机硅蜡的相变温度为58℃，购自安徽艾约塔硅油有限公司。
55.所述有机硅聚合物为甲基直链有机硅油，粘度为10000mpa.s，购自德国瓦克，型号为ak-10000。
56.所述导热填料包括第一填料，第二填料，第三填料，第四填料，所述第一填料为铝粉，粒径范围为10μm，占总填料的质量分数为40％；第二填料为铝粉，粒径范围为3μm，占总填料的质量分数为30％；第三填料为氧化锌，粒径范围为0.9μm，占总填料的质量分数为20％。
57.所述处理剂为十二烷基三甲氧基硅烷。
58.一种基于有机硅体系的高性能导热相变材料的制备方法，包括以下步骤：
59.(1)将有机硅聚合物和有机硅蜡在60℃下混合均匀，混合0.5h；
60.(2)分批加入导热填料和处理剂混合均匀，处理温度为60℃，处理时间2h；
61.(3)真空条件下，120℃处理低挥发组分，真空压力为-90kpa；
62.(4)用压延机压制成特定的厚度，即得。
63.实施例3
64.一种基于有机硅体系的高性能导热相变材料，制备原料以重量份计包括：有机硅蜡0.8份，有机硅聚合物5.9重量份，导热填料92重量份。处理剂1.3份。
65.所述有机硅蜡的相变温度为58℃，购自安徽艾约塔硅油有限公司。
66.所述有机硅聚合物为甲基直链有机硅油，粘度为10000mpa.s，购自德国瓦克，型号为ak-10000。
67.所述导热填料包括第一填料，第二填料，第三填料，第四填料，所述第一填料为铝粉，粒径范围为10μm，占总填料的质量分数为40％；第二填料为铝粉，粒径范围为3μm，占总填料的质量分数为30％；第三填料为氧化锌，粒径范围为0.9μm，占总填料的质量分数为20％。
68.所述处理剂为十二烷基三甲氧基硅烷。
69.一种基于有机硅体系的高性能导热相变材料的制备方法，包括以下步骤：
70.(1)将有机硅聚合物和有机硅蜡在60℃下混合均匀，混合0.5h；
71.(2)分批加入导热填料和处理剂混合均匀，处理温度为60℃，处理时间2h；
72.(3)真空条件下，120℃处理低挥发组分，真空压力为-90kpa；
73.(4)用压延机压制成特定的厚度，即得。
74.实施例4
75.一种基于有机硅体系的高性能导热相变材料，制备原料以重量份计包括：有机硅蜡0.8份，有机硅聚合物5.9重量份，导热填料92重量份。处理剂1.3份。
76.所述有机硅蜡的相变温度为58℃，购自安徽艾约塔硅油有限公司。
77.所述有机硅聚合物为甲基直链有机硅油，粘度为10000mpa.s，购自德国瓦克，型号为ak-10000。
78.所述导热填料包括第一填料，第二填料，第三填料，第四填料，所述第一填料为铝粉，粒径范围为10μm，占总填料的质量分数为40％；第二填料为铝粉，粒径范围为3μm，占总填料的质量分数为30％；第三填料为氧化锌，粒径范围为0.9μm，占总填料的质量分数为20％。
79.所述处理剂为十六烷基三甲氧基硅烷和十二烷基三甲氧基硅烷的组合，重量比为0.6：0.7。
80.一种基于有机硅体系的高性能导热相变材料的制备方法，包括以下步骤：
81.(1)将有机硅聚合物和有机硅蜡在60℃下混合均匀，混合0.5h；
82.(2)分批加入导热填料和处理剂混合均匀，处理温度为60℃，处理时间2h；
83.(3)真空条件下，120℃处理低挥发组分，真空压力为-90kpa；
84.(4)用压延机压制成特定的厚度，即得。
85.实施例5
86.一种基于有机硅体系的高性能导热相变材料，制备原料以重量份计包括：有机硅蜡0.8份，有机硅聚合物5.9重量份，导热填料92重量份。处理剂1.3份。
87.所述有机硅蜡的相变温度为58℃，购自安徽艾约塔硅油有限公司。
88.所述有机硅聚合物为甲基有机硅树脂，粘度为11000mpa.s，购自美国陶氏，牌号为dowsil 1 9770releas。
89.所述导热填料包括第一填料，第二填料，第三填料，第四填料，所述第一填料为铝粉，粒径范围为10μm，占总填料的质量分数为40％；第二填料为铝粉，粒径范围为3μm，占总填料的质量分数为30％；第三填料为氧化锌，粒径范围为0.9μm，占总填料的质量分数为20％。
90.所述处理剂为十六烷基三甲氧基硅烷和十二烷基三甲氧基硅烷的组合，重量比为0.6：0.7。
91.一种基于有机硅体系的高性能导热相变材料的制备方法，包括以下步骤：
92.(1)将有机硅聚合物和有机硅蜡在60℃下混合均匀，混合0.5h；
93.(2)分批加入导热填料和处理剂混合均匀，处理温度为60℃，处理时间2h；
94.(3)真空条件下，120℃处理低挥发组分，真空压力为-90kpa；
95.(4)用压延机压制成特定的厚度，即得。
96.具体步骤同实施例1，不同点在于
97.性能测试
98.1.热阻：依据astm d5470标准测试制备得到的导热相变材料在80℃、50kpa条件下的热阻。
99.2.界面厚度：依据astm d5470标准测试制备得到的导热相变材料在80℃、50kpa的界面厚度。
100.测试结果见表1。
101.表1
[0102][0103]

技术特征：
1.一种基于有机硅体系的高性能导热相变材料，其特征在于，制备原料以重量份计包括：有机硅蜡0-10份，有机硅聚合物0-15份，导热填料80-95份，处理剂0-8份。2.根据权利要求1所述基于有机硅体系的高性能导热相变材料，其特征在于，所述有机硅聚合物选自直链有机硅油、有机硅树脂、有机硅凝胶中的一种或几种的组合。3.根据权利要求2所述基于有机硅体系的高性能导热相变材料，其特征在于，所述直链有机硅油的粘度为100-1000000mpa.s，所述有机硅树脂的粘度为1000-100000mpa.s。4.根据权利要求1所述基于有机硅体系的高性能导热相变材料，其特征在于，所述有机硅蜡的相变温度为30-80℃。5.根据权利要求1所述基于有机硅体系的高性能导热相变材料，其特征在于，所述处理剂选自铝酸酯偶联剂、硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂中的一种或几种的组合。6.根据权利要求1所述基于有机硅体系的高性能导热相变材料，其特征在于，所述硅烷偶联剂选自烷基甲氧基硅烷偶联剂、烷基乙氧基硅烷偶联剂、氨基甲氧基硅烷偶联剂、乙烯基甲氧基硅烷偶联剂中的一种或几种的组合。7.根据权利要求1所述基于有机硅体系的高性能导热相变材料，其特征在于，所述导热填料选自氧化铝、氧化锌、氮化硼、氮化铝、铝粉、银粉、石墨烯、碳纳米管中的一种或几种的组合。8.根据权利要求1所述基于有机硅体系的高性能导热相变材料，其特征在于，所述导热填料的粒径为0.1-100μm；导热填料包括3种不同的粒径范围，选自5-100μm，1-50μm，0.1-20μm粒径范围中的几种的组合。9.一种根据权利要求1-8任一项所述基于有机硅体系的高性能导热相变材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将有机硅聚合物和有机硅蜡在一定温度下混合均匀；(2)分批加入导热填料和处理剂混合均匀；(3)真空条件下，100-150℃处理低挥发组分；(4)用压延机压制成不同的厚度，即得。10.根据权利要求9所述基于有机硅体系的高性能导热相变材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1的混合温度为40-80℃，处理时间为0-1h。

技术总结
本发明公开了一种基于有机硅体系的高性能导热相变材料，制备原料以重量份计包括：有机硅蜡0-10份，有机硅聚合物0-15份，导热填料80-95份，处理剂0-8份。本发明采用相变温度为30-80℃的有机硅蜡，在体系中起到硬化的作用，可以使体系在合适温度下易于撕膜，并且温度较高时相变为液体具有一定的储能作用，与有机硅聚合物相容性较高，液体状态下不会溢出。并且采用不同类型，不同粒径的导热填料组合搭配，可以在提高导热填料高填充量的基础上，具有优异的导热性能，同时满足一定的强度，便于撕膜。便于撕膜。


技术研发人员：宋立春 邢冲
受保护的技术使用者：上海阿莱德实业股份有限公司
技术研发日：2022.12.08
技术公布日：2023/9/23