CN110643314A - 一种高效环氧导热结构胶及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及环氧胶技术领域，具体涉及一种高效环氧导热结构胶及其制备方法和应用。一种高效环氧导热结构胶，按重量份计，至少包括以下组分：环氧树脂30‑50份、填料40‑70份、固化剂15‑20份、分散剂0.5‑3份、消泡剂0.5‑3份、流平助剂0.3‑3份、色膏0.5‑3份。本发明提供的环氧导热胶是一款单组份高温固化环氧胶，具有高粘接强度、良好的热传导性能、快速固化、优异的贮存稳定性等优点。

Description

一种高效环氧导热结构胶及其制备方法

技术领域

本发明涉及环氧胶技术领域，具体涉及一种高效环氧导热结构胶及其制备方法和应用。

背景技术

日常工业生产中，人们常常需要粘接固定电子元器件，因此，粘接胶起到了不可或缺的作用。用于粘接的胶粘剂品种很多，如丙烯酸树脂胶、硅树脂胶、环氧树脂胶等等，其中，环氧树脂结构胶具有优异的力学性能、耐化学介质性能、粘接性能和电绝缘性能，广泛应用于机械、电子元器件、变压器的浇注、灌封。

着科学技术在日新月异的发展，电子元器件封装技术也提出了新的要求。表面贴装元器件、电感器、变压器等电子元器件功率越来越大，体积越来越小。随着功率的提升，元器件对散热与封装的技术要求越来越高。现阶段，封装技术大多采用环氧树脂封装工艺，电子元器件在封装后，环氧树脂固化成坚硬固态，热量不能及时引出，导致电子元器件的寿命减短。

因此，发明一款具有高粘接强度、热传导性好，快速固化、贮存稳定性好的单组份高温固化环氧胶显得尤为重要。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的第一个方面提供了一种高效环氧导热结构胶，按重量份计，至少包括以下组分：环氧树脂30-50份、填料40-70份、固化剂15-20份、分散剂0.5-3份、消泡剂0.5-3份、流平助剂0.3-3份、色膏0.5-3份。

作为本发明一种优选的技术方案，所述环氧树脂选自酚醛树脂、脂环族环氧树脂、双酚A环氧树脂、双酚F环氧树脂、脂肪族环氧树脂中的至少一种。

作为本发明一种优选的技术方案，所述填料选自片状石墨、碳化硅、氮化铝、氮化硼、氧化铝、氮化硅、二氧化硅、水滑石中的至少一种。

作为本发明一种优选的技术方案，所述填料为水滑石和氧化铝的组合，质量比为1：(2-5)。

作为本发明一种优选的技术方案，所述氧化铝为纳米氧化铝，粒径为30-60nm。

作为本发明一种优选的技术方案，所述固化剂选自脂肪族胺类固化剂、芳香族二胺类固化剂、双氰胺类固化剂、咪唑类固化剂、有机酸酐类固化剂、有机酰肼类固化剂中的至少一种。

作为本发明一种优选的技术方案，所述咪唑类固化剂选自2-甲基咪唑、2-乙基-4甲基咪唑、1-苄基-2-甲基咪唑、1-氰乙基-2-乙基-4-甲基咪唑、咪唑、2-苯基咪唑中的至少一种。

作为本发明一种优选的技术方案，所述固化剂为2-乙基-4-甲基咪唑和双氰胺的组合，质量比为1：(1-4)。

本发明的第二个方面提供了一种如上所述环氧导热结构胶的制备方法，至少包括以下步骤：将环氧树脂、填料、分散剂、消泡剂、流平助剂、色膏混合搅拌均匀，冷却到40℃以下后加入固化剂，在三辊机上研磨成膏状物，真空脱泡、出料即得。

本发明的第三个方面提供了一种如上所述环氧导热结构胶的应用，可应用于各种元器件导热粘接，包括金属与元器件、PCB与散热铝基板的导热粘接。

有益效果：本发明提供了一种高效环氧导热结构胶，其由环氧树脂、填料、固化剂、分散剂、消泡剂、流平助剂和色膏制备得到，是一款单组份高温固化环氧胶，具有高粘接强度、良好的热传导性能、快速固化、优异的贮存稳定性等优点。

具体实施方式

参选以下本发明的优选实施方法的详述以及包括的实施例可更容易地理解本发明的内容。除非另有限定，本文使用的所有技术以及科学术语具有与本发明所属领域普通技术人员通常理解的相同的含义。当存在矛盾时，以本说明书中的定义为准。

如本文所用术语“由…制备”与“包含”同义。本文中所用的术语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或其任何其它变形，意在覆盖非排它性的包括。例如，包含所列要素的组合物、步骤、方法、制品或装置不必仅限于那些要素，而是可以包括未明确列出的其它要素或此种组合物、步骤、方法、制品或装置所固有的要素。

连接词“由…组成”排除任何未指出的要素、步骤或组分。如果用于权利要求中，此短语将使权利要求为封闭式，使其不包含除那些描述的材料以外的材料，但与其相关的常规杂质除外。当短语“由…组成”出现在权利要求主体的子句中而不是紧接在主题之后时，其仅限定在该子句中描述的要素；其它要素并不被排除在作为整体的所述权利要求之外。

当量、浓度、或者其它值或参数以范围、优选范围、或一系列上限优选值和下限优选值限定的范围表示时，这应当被理解为具体公开了由任何范围上限或优选值与任何范围下限或优选值的任一配对所形成的所有范围，而不论该范围是否单独公开了。例如，当公开了范围“1至5”时，所描述的范围应被解释为包括范围“1至4”、“1至3”、“1至2”、“1至2和4至5”、“1至3和5”等。当数值范围在本文中被描述时，除非另外说明，否则该范围意图包括其端值和在该范围内的所有整数和分数。

单数形式包括复数讨论对象，除非上下文中另外清楚地指明。“任选的”或者“任意一种”是指其后描述的事项或事件可以发生或不发生，而且该描述包括事件发生的情形和事件不发生的情形。

说明书和权利要求书中的近似用语用来修饰数量，表示本发明并不限定于该具体数量，还包括与该数量接近的可接受的而不会导致相关基本功能的改变的修正的部分。相应的，用“大约”、“约”等修饰一个数值，意为本发明不限于该精确数值。在某些例子中，近似用语可能对应于测量数值的仪器的精度。在本申请说明书和权利要求书中，范围限定可以组合和/或互换，如果没有另外说明这些范围包括其间所含有的所有子范围。

此外，本发明要素或组分前的不定冠词“一种”和“一个”对要素或组分的数量要求(即出现次数)无限制性。因此“一个”或“一种”应被解读为包括一个或至少一个，并且单数形式的要素或组分也包括复数形式，除非所述数量明显旨指单数形式。

为了解决上述技术问题，本发明的第一个方面提供了一种高效环氧导热结构胶，按重量份计，至少包括以下组分：环氧树脂30-50份、填料40-70份、固化剂15-20份、分散剂0.5-3份、消泡剂0.5-3份、流平助剂0.3-3份、色膏0.5-3份。

作为优选，所述环氧导热结构胶，按重量份计，至少包括以下组分，环氧树脂30份、填料40份、固化剂20份、分散剂2份、消泡剂3份、流平助剂2份、色膏2份。

环氧树脂

本发明中，所述环氧树脂选自酚醛树脂、脂环族环氧树脂、双酚A环氧树脂、双酚F型环氧树脂、脂肪族环氧树脂中的至少一种。

作为优选，所述环氧树脂为双酚A环氧树脂。

本发明中，所述双酚A环氧树脂，没有特别的限制，可购买但不限于河南汇能树脂有限公司，牌号CYD-128。

填料

本发明中，所述填料选自片状石墨、碳化硅、氮化铝、氮化硼、氧化铝、氮化硅、二氧化硅、水滑石中的至少一种。

作为优选，所述填料为水滑石、氧化铝的组合。

作为更优选，所述水滑石与氧化铝的质量比为1：(2-5)。

作为最优选，所述水滑石与氧化铝的质量比为1：4。

本发明中，所述水滑石为铝镁水滑石，CAS号为11097-59-9。

本发明中，所述氧化铝为纳米氧化铝，粒径为30-60nm。

所述纳米氧化铝，没有特别的限制，可购买但不限于杭州九朋新材料有限责任公司，型号CY-L30。

本发明中，水滑石与氧化铝的复配使用提高了环氧胶的导热性能。发明人认为可能的原因是：本发明首先利用层状结构的镁铝水滑石提高了纳米氧化铝在基体中的分散性能，避免纳米氧化铝过分团聚而导致环氧胶导热系数下降；其次铝镁水滑石层的片层结构，有利于固化剂进入其层间结构中，在后期使用过程中，与环氧树脂混合固化，在固化过程中把水滑石层间结构撑开，达到剥离效果，从而在树脂基体内部形成导热通道，更有利于产品热导率的提高；通过采用特定粒径范围的杨幂氧化铝与铝镁水滑石的配合使用，从而获得较大的堆积密度，填料相互间的接触几率得以有效提高，改善无机填料与树脂基体的界面接触状态，在环氧胶中能够有效形成导热通道，从而使环氧胶的热导率得以进一步提高。

固化剂

本发明中，所述固化剂选自脂肪族胺类固化剂、芳香族二胺类固化剂、双氰胺类固化剂、咪唑类固化剂、有机酸酐类固化剂、有机酰肼类固化剂中的至少一种。

作为优选，所述咪唑类固化剂选自2-甲基咪唑、2-乙基-4甲基咪唑、1-苄基-2-甲基咪唑、1-氰乙基-2-乙基-4-甲基咪唑、咪唑、2-苯基咪唑中的至少一种。

作为更优选，所述固化剂为2-乙基-4-甲基咪唑和双氰胺的组合，质量比为1：(1-4)。

作为最优选，所述2-乙基-4-甲基咪唑和双氰胺的质量比为1：2。

所述双氰胺，CAS号为461-58-5。

所述2-乙基-4甲基咪唑，CAS号为931-36-2。

分散剂

本发明中，所述分散剂，没有特别限制，可提及但不限于聚乙二醇2000，三聚磷酸钠、聚丙烯酸钠、油酸、十八醇、十二烷基苯磺酸钠等。

作为优选，所述分散剂为聚丙烯酸钠。

消泡剂

本发明中，所述消泡剂，没有特别的限制，可提及但不限于6800消泡剂、900消泡剂、JUST5501消泡剂、BYK-141消泡剂、BYK-A535消泡剂、KS-603消泡剂、AKN-3386消泡剂和AKN-3330消泡剂等。

作为优选，所述消泡剂为BYK-A535消泡剂。

流平助剂

本发明中，所述流平助剂没有特别的限制，可提及但不限于有机硅类和丙烯酸酯类。

作为优选，所述流平助剂为聚二甲基硅氧烷。

色膏

本发明中，所述色膏没有特别的限制，市售均适用于本发明。

本发明的第二个方面提供了一种如上所述结构胶的制备方法，至少包括以下步骤：将环氧树脂、填料、分散剂、消泡剂、流平助剂、色膏混合搅拌均匀，冷却到40℃以下后加入固化剂，在三辊机上研磨成膏状物，真空脱泡、出料即得。

本发明的第三个方面提供了一种如上所述结构胶的应用，可应用于各种元器件导热粘接，包括金属与元器件、PCB与散热铝基板的导热粘接。

下面通过实施例对本发明进行具体描述。有必要在此指出的是，以下实施例只用于对本发明作进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的专业技术人员根据上述本发明的内容做出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

另外，如果没有其它说明，所用原料都是市售的。

实施例

实施例1

实施例1提供了一种高效环氧导热结构胶，按重量份计，包括以下组分，环氧树脂30份、填料40份、固化剂20份、分散剂2份、消泡剂3份、流平助剂2份、色膏2份。

所述环氧树脂为双酚A环氧树脂，购买于河南汇能树脂有限公司，牌号CYD-128。

所述填料为铝镁水滑石与纳米氧化铝的组合，质量比为1：4；所述纳米氧化铝的粒径为30nm；所述铝镁水滑石购买于香港鑫润德化工有限公司；所述纳米氧化铝购买于杭州九朋新材料有限责任公司，型号CY-L30。

所述固化剂为2-乙基-4-甲基咪唑和双氰胺的组合，质量比为1：2。

所述分散剂为聚丙烯酸钠，CAS号为9003-04-7。

所述消泡剂为BYK-A535消泡剂，购买于深圳市大洋新材料有限公司。

所述流平助剂为聚二甲基硅氧烷，CAS号为9006-65-9。

所述色膏为黑色色膏，购买于东莞市创成胶粘制品有限公司，品名：AB-100环氧黑色膏。

所述高效环氧导热结构胶的制备方法，至少包括以下步骤：将环氧树脂、填料、分散剂、消泡剂、流平助剂、色膏混合搅拌均匀，冷却到20℃后加入固化剂，在三辊机上研磨成膏状物，真空脱泡、出料即得。

实施例2

实施例2与实施例1的区别在于，所述环氧导热结构胶，按重量份计，包括以下组分：环氧树脂30份、填料40份、固化剂15份、分散剂0.5份、消泡剂0.5份、流平助剂0.3份、色膏0.5份；所述填料为铝镁水滑石与纳米氧化铝的组合，质量比为1：2；所述固化剂为2-乙基-4-甲基咪唑和双氰胺的组合，质量比为1：1。

实施例3

实施例3与实施例1的区别在于，所述环氧导热结构胶，按重量份计，包括以下组分：环氧树脂50份、填料70份、固化剂20份、分散剂3份、消泡剂3份、流平助剂3份、色膏3份；所述填料为铝镁水滑石与纳米氧化铝的组合，质量比为1：5；所述固化剂为2-乙基-4-甲基咪唑和双氰胺的组合，质量比为1：4。

实施例4

实施例4与实施例1的区别在于，所述填料为纳米氧化铝。

实施例5

实施例5与实施例1的区别在于，所述填料为镁铝水滑石。

实施例6

实施例6与实施例1的区别在于，所述纳米氧化铝粒径为500nm，购买于杭州九朋新材料有限责任公司，型号：CY-L500。

实施例7

实施例7与实施例1的区别在于，所述填料为铝镁水滑石与纳米氧化铝的组合，质量比为1：10。

实施例8

实施例8与实施例1的区别在于，所述填料为铝镁水滑石与纳米氧化铝的组合，质量比为1：0.5。

性能测试

导热系数：根据ASTMD-5470测试方法进行测试，测试结果见表1。

表1.实施例1-8制得的环氧导热结构胶导热系数测试结果

实施例1是本发明的最佳实施例，制备得到的环氧导热结构胶固化后的性能测试方法和测试数据见表2。

检测	数值	测试方法
			剪切强度(碳钢/碳钢)	22±2MPa	GB/T 7124-2008
剥离强度	16N/cm	GB/T 7122-1996
			硬度	92D	GB/T 2411-1980
玻璃态转化温度	76℃	ASTM E1545

前述的实例仅是说明性的，用于解释本发明所述方法的一些特征。所附的权利要求旨在要求可以设想的尽可能广的范围，且本文所呈现的实施例仅是根据所有可能的实施例的组合的选择的实施方式的说明。因此，申请人的用意是所附的权利要求不被说明本发明的特征的示例的选择限制。在权利要求中所用的一些数值范围也包括了在其之内的子范围，这些范围中的变化也应在可能的情况下解释为被所附的权利要求覆盖。

Claims (10)

1.一种高效环氧导热结构胶，其特征在于，按重量份计，至少包括以下组分：环氧树脂30-50份、填料40-70份、固化剂15-20份、分散剂0.5-3份、消泡剂0.5-3份、流平助剂0.3-3份、色膏0.5-3份。

2.根据权利要求1所述的环氧导热结构胶，其特征在于，所述环氧树脂选自酚醛树脂、脂环族环氧树脂、双酚A环氧树脂、双酚F环氧树脂、脂肪族环氧树脂中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的环氧导热结构胶，其特征在于，所述填料选自片状石墨、碳化硅、氮化铝、氮化硼、氧化铝、氮化硅、二氧化硅、水滑石中的至少一种。

4.根据权利要求3所述的环氧导热结构胶，其特征在于，所述填料为水滑石和氧化铝的组合，质量比为1：(2-5)。

5.根据权利要求4所述的环氧导热结构胶，其特征在于，所述氧化铝为纳米氧化铝，粒径为30-60nm。

6.根据权利要求1所述的环氧导热结构胶，其特征在于，所述固化剂选自脂肪族胺类固化剂、芳香族二胺类固化剂、双氰胺类固化剂、咪唑类固化剂、有机酸酐类固化剂、有机酰肼类固化剂中的至少一种。

7.根据权利要求6所述的环氧导热结构胶，其特征在于，所述咪唑类固化剂选自2-甲基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑、1-苄基-2-甲基咪唑、1-氰乙基-2-乙基-4-甲基咪唑、咪唑、2-苯基咪唑中的至少一种。

8.根据权利要求6所述的环氧导热结构胶，所述固化剂为2-乙基-4-甲基咪唑和双氰胺的组合，质量比为1：(1-4)。

9.一种根据权利要求1-8任一项所述环氧导热结构胶的制备方法，其特征在于，至少包括以下步骤：将环氧树脂、填料、分散剂、消泡剂、流平助剂、色膏混合搅拌均匀，冷却到40℃以下后加入固化剂，在三辊机上研磨成膏状物，真空脱泡、出料即得。

10.根据权利要求1-8任一项所述环氧导热结构胶的应用，其特征在于，可应用于各种元器件导热粘接，包括金属与元器件、PCB与散热铝基板的导热粘接。