CN113444497B - 一种低出油导热凝胶及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及导热凝胶领域，具体公开了一种低出油导热凝胶及其制备方法。低出油导热凝胶由包括以下质量百分比的原料制成：硅油5‑19%，白炭黑0.05‑0.5%，偶联剂0.1‑2%,硅藻土0‑1%，余量为导热粉体；其制备方法为：按配比，将导热粉体、白炭黑、硅油和偶联剂混匀，搅拌30min，并于120℃下加热2h，得低出油导热凝胶。本申请的低出油导热凝胶，在具有较低的出油率的同时又具有一定的挤出速率。

Description

一种低出油导热凝胶及其制备方法

技术领域

本申请涉及导热凝胶领域，更具体地说，它涉及一种低出油导热凝胶及其制备方法。

背景技术

目前，在手机行业中，手机中的CPU和GPU芯片组发热量越来越大，且在CPU和GPU等热源和金属屏蔽罩之间不可避免的会存在一定的空隙，空隙的存在会增加空气的接触热阻，会严重影响芯片的热量快速传输，给芯片的散热造成困扰。为解决这一问题，通常在热源和散热片之间填充导热界面材料，导热凝胶作为一种导热介质，具有优异的导热性能、耐老化性能和电绝缘性能，能够降低芯片等热源因散热不良而受损的延长，可延长芯片等元器件的使用寿命。

导热橡胶是由硅树脂和导热、耐热、绝缘材料等混合并通过工艺加工而成的膏状间隙填充材料，在长时间的使用过程中，因受到长时间的加热和挤压，导热凝胶会出现出油现象。少量的出油属于正常情况，并不影响导热凝胶的正常使用，但较多出油量容易使渗出的油吸附在发热体和散热器上，从而影响了发热体和散热器正常的使用性能。

针对上述中的相关技术，发明人认为虽然目前可以采用乙烯基硅油与含氢硅油部分交联的方式来降低导热凝胶的出油率，但在生产导热凝胶的过程中，会出现挤出速率降低的情况，一定程度上影响了生产效率。

发明内容

为了在降低导热凝胶出油率的同时还能够确保导热凝胶具有一定的挤出速率，本申请提供一种低出油导热凝胶及其制备方法。

第一方面，本申请提供一种低出油导热凝胶，采用如下的技术方案：

一种低出油导热凝胶，硅油5-19%，白炭黑0.05-0.5%，偶联剂0.1-2%,硅藻土0-1%，余量为导热粉体。

通过采用上述技术方案，硅油作为导热凝胶的基材，具有较优的耐热性、耐候性、抗压缩性和粘性，可有效填充并粘附在发热体和散热体之间；利用导热粉体确保导热凝胶具有较优的导热性能，使得发热体产生的热量可通过导热凝胶传递给散热体，从而达到快速散热的目的；白炭黑具有较优的耐高温性能和电绝缘性，同时，其具有的触变性可使导热凝胶具有一定的流动性，有利于导热凝胶填充在发热体与散热体之间并浸润与之接触的固体界面，同时可使导热凝胶具有一定的挤出速率，提高整体的生产效率；偶联剂具有的有机官能团能够与硅油结合，具有的无机官能团能够与导热粉体和白炭黑结合，从而能够提高导热粉体、白炭黑和硅油之间的相容性，降低了导热凝胶出油的可能性。

优选的，所述白炭黑为气相法白炭黑，其比表面积为140-220。

通过采用上述技术方案，气相法白炭黑具有较强的表面吸附力和较优的触变性，选用特定比表面积的气相法白炭黑可确保导热凝胶具有一定的流动性，从而在降低导热凝胶出油的同时又能够使导热凝胶具有一定的挤出速率。

优选的，所述导热粉体选自氧化铝、氧化锌、氮化硼、氮化铝、二氧化硅、氢氧化铝中的一种或多种。

通过采用上述技术方案，可赋予导热凝胶较优的导热性能。

优选的，所述导热粉体的粒径为0.5-70μm。

通过采用上述技术方案，特定的粒径有利于导热粉体分散在导热凝胶体系中并形成导热通路，从而使得导热凝胶具有较优的导热性能。

优选的，所述导热粉体的粒径为40-50μm。

通过采用上述技术方案，有利于导热粉体分散在导热凝胶体系中并形成有效的导热通路。

优选的，所述硅油选自乙烯基硅油、苯基硅油、羟基硅油、二甲基硅油、聚醚改性硅油、长链烷基硅油中的一种或多种，所述硅油的粘度为350-2000cps。

通过采用上述技术方案，硅油的粘度在一定程度上影响着导热凝胶的出油率，硅油的粘度越大，体系中游离的硅油分子受到的阻力越大，从而出油率越小；但硅油的粘度越大，导热凝胶整体的流动性越小，且制备时不利于排泡，影响了导热凝胶的使用性能。通过选用特定粘度的硅油，在确保硅油具有较优的使用性能的同时又能够降低出油率。

优选的，所述偶联剂选自丙基三甲氧基硅烷、葵基三甲氧基硅氧烷、苯基硅氧烷、γ―氨丙基三乙氧基硅烷、γ―(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷中的一种或多种。

通过采用上述技术方案，有利于提高导热粉体、白炭黑和硅油之间的相容性，使得导热粉体在体系中能够形成有效的导热通路，使得导热凝胶具有较好的流动性。

优选的，所述硅藻土的重量份百分比为0.5-1%。

通过采用上述技术方案，硅藻土具有较强的吸收性，且具有较多的孔隙，导热凝胶中游离的硅油分子可填充到硅藻土的孔隙中，利用硅藻土可阻碍游离的硅油分子的运动，从而进一步降低导热凝胶的出油率。

第二方面，本申请提供一种低出油导热凝胶的制备方法，采用如下的技术方案：

一种低出油导热凝胶的制备方法，按配比，将导热粉体、白炭黑、硅油和偶联剂混匀，搅拌30min，并于120℃下加热2h，得低出油导热凝胶。。

通过采用上述技术方案，可制得具有高导热、高挤出速率和低出油率的导热凝胶。

综上所述，本申请具有以下有益效果：

1、本申请利用白炭黑使导热凝胶具有一定的流动性,利用偶联剂提高硅油与导热粉体、白炭黑之间的相容性，从而使得导热凝胶具有较低的出油率，同时又具有一定的挤出速率。

2、本申请通过添加硅藻土，使得游离的硅油分子能够填充在硅藻土的孔隙中，从而可降低游离的硅油分子的运动，进一步降低了导热凝胶的出油率。

具体实施方式

以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。

本申请中各原料组分的来源见表1。

表1 各原料的来源。

实施例

实施例1

一种低出油导热凝胶，由以下原料制成：919.5g导热粉体，0.5g气相法白炭黑，60g硅油，20g偶联剂。其中，导热粉体可选自氧化铝、氧化锌、氮化硼、氮化铝、二氧化硅、氢氧化铝中的一种，本实施例选用粒径为0.5μm的氧化铝；硅油可选自乙烯基硅油、苯基硅油、羟基硅油、二甲基硅油、聚醚改性硅油、长链烷基硅油中的一种，本实施例选用粘度为140cps的乙烯基硅油；偶联剂可选自丙基三甲氧基硅烷、葵基三甲氧基硅氧烷、苯基硅氧烷、γ―氨丙基三乙氧基硅烷、γ―(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷中的一种，本实施例选用丙基三甲氧基硅烷；白炭黑为气相法白炭黑，且比表面积为140。

低出油导热凝胶的制备方法如下：将导热粉体、白炭黑、硅油和偶联剂混合，搅拌30min，并于120℃下加热2h，得低出油导热凝胶。

实施例2

一种低出油导热凝胶，由以下原料制成：930g导热粉体，5g气相法白炭黑，50g硅油，15g偶联剂。导热粉体为粒径为0.5的氧化铝，硅油为粘度为140cps的乙烯基硅油，偶联剂为丙基三甲氧基硅烷，白炭黑为气相法白炭黑，比表面积为140。

实施例3

一种低出油导热凝胶，由以下原料制成：872.6g导热粉体，1.7g气相法白炭黑，118.3g硅油，7.4g偶联剂。导热粉体为粒径为0.5的氧化铝，硅油为粘度为140cps的乙烯基硅油，偶联剂为丙基三甲氧基硅烷，白炭黑为气相法白炭黑，比表面积为140。

实施例4

一种低出油导热凝胶，由以下原料制成：846.4g导热粉体，2.6g气相法白炭黑，150g硅油，1g偶联剂。导热粉体为粒径为0.5的氧化铝，硅油为粘度为140cps的乙烯基硅油，偶联剂为丙基三甲氧基硅烷，白炭黑为气相法白炭黑，比表面积为140。

实施例5

一种低出油导热凝胶，由以下原料制成：800g导热粉体，5g气相法白炭黑，190g硅油，5g偶联剂。导热粉体为粒径为0.5的氧化铝，硅油为粘度为140cps的乙烯基硅油，偶联剂为丙基三甲氧基硅烷，白炭黑为气相法白炭黑，比表面积为140。

实施例6

本实施例与实施例1的区别仅在于，氧化铝的粒径为5μm。

实施例7

本实施例与实施例1的区别仅在于，氧化铝的粒径为20μm。

实施例8

本实施例与实施例1的区别仅在于，氧化铝的粒径为40μm。

实施例9

本实施例与实施例1的区别仅在于，氧化铝的粒径为45μm。

实施例10

本实施例与实施例1的区别仅在于，氧化铝的粒径为48μm。

实施例11

本实施例与实施例1的区别仅在于，氧化铝的粒径为50μm。

实施例12

本实施例与实施例1的区别仅在于，氧化铝的粒径为60μm。

实施例13

本实施例与实施例1的区别仅在于，氧化铝的粒径为70μm。

实施例14

本实施例与实施例1的区别仅在于，氧化铝的粒径为0.2μm。

实施例15

本实施例与实施例1的区别仅在于，乙烯基硅油的粘度为500cps。

实施例16

本实施例与实施例1的区别仅在于，乙烯基硅油的粘度为800cps。

实施例17

本实施例与实施例1的区别仅在于，乙烯基硅油的粘度为1500cps。

实施例18

本实施例与实施例1的区别仅在于，乙烯基硅油的粘度为2000cps。

实施例19

本实施例与实施例1的区别仅在于，乙烯基硅油的粘度为3000cps。

实施例20

本实施例与实施例1的区别仅在于，气相法白炭黑的比表面积为160。

实施例21

本实施例与实施例1的区别仅在于，气相法白炭黑的比表面积为190。

实施例22

本实施例与实施例1的区别仅在于，气相法白炭黑的比表面积为220。

实施例23

本实施例与实施例1的区别仅在于，气相法白炭黑的比表面积为100。

实施例24

本实施例与实施例1的区别仅在于，白炭黑为沉淀白炭黑。

实施例25

本实施例与实施例1的区别仅在于，制备低出油导热凝胶的原料还包括5g硅藻土，导热粉体的掺量为914.5g。

实施例26

本实施例与实施例1的区别仅在于，制备低出油导热凝胶的原料还包括7g硅藻土，导热粉体的掺量为912.5g。

实施例27

本实施例与实施例1的区别仅在于，制备低出油导热凝胶的原料还包括8g硅藻土，导热粉体的掺量为911.5g。

实施例28

本实施例与实施例1的区别仅在于，制备低出油导热凝胶的原料还包括10g硅藻土，导热粉体的掺量为909.5g。

实施例29

本实施例与实施例1的区别仅在于，制备低出油导热凝胶的原料还包括2g硅藻土，导热粉体的掺量为917.5g。

实施例30

本实施例与实施例1的区别仅在于，将乙烯基硅油替换为等量的二甲基硅油。

对比例

对比例1

本对比例1与实施例30的区别仅在于，不添加气相法白炭黑。

对比例2

一种高性能导热硅凝胶，由质量比为1∶1的A组分和B组分制成，A组分包括16g端乙烯基硅油（乙烯基含量0.3wt%），84g氧化铝填料，0.002g铂金催化剂；B组分包括14g端乙烯基硅油（乙烯基含量0.3%），84.6g氧化铝填料，1.02g端含氢硅油（含氢量0.15%），0.425g交联剂（含氢量0.3%），0.0002g 3-甲基-1-丁炔-3-醇。

高性能导热硅凝胶具体由以下方法进行制备：

1）A组分的制备：将端乙烯基硅油、氧化铝填料和铂金催化剂混合均匀，即得A组分；

2）B组分的制备：将端含氢硅油、氧化铝填料、交联剂和3-甲基-1-丁炔-3-醇混匀即得B组分；

其中，交联剂的制备方法为：

a、将219.6g己基三氯硅烷、45.5g二甲基氯硅烷、54.3g甲苯投入反应釜中，搅拌下冷却至5℃以下；

b、加入由69g四氢呋喃与31.3g水的混合液，油浴加热至80℃，继续搅拌2h；

c、加入16.8g饱和碳酸氢钠水溶液，使反应液呈碱性，继续搅拌1.5h后，再加水4.7g，并搅拌3h；

d、将浆料状反应物用醋酸水溶液、饱和碳酸氢钠水溶液、水，顺序洗涤后干燥、馏出溶剂，即得到无色透明的Si-H基聚合物；

3)将A组分和B组分按照质量比1∶1混合均匀，真空下脱泡，120℃加热20min，固化即得。

对比例3

本对比例与实施例1的区别仅在于，将白炭黑替换为等量的丙基三甲氧基硅烷。

对比例4

本对比例与实施例1的区别仅在于，气相法白炭黑的掺量为0.2g，偶联剂的掺量为10g。

性能检测试验

测试一，参照ASTM D5470-2006测试各实施例和各对比例中导热凝胶的热导率。

测试二，采用30ml的美式胶筒，利用0.6MPa的气压挤压胶筒，以每分钟的出胶重量表征各实施例和各对比例中导热凝胶的挤出效率。

测试三，将试样预先称重，放在滤纸层中，然后放入120℃烘箱中烘烤24h，再次称重，按照出油率=（初始重量-最终重量）/初始重量*100%计算导热凝胶的出油率。

表2 性能检测结果

参照表2，结合实施例1、实施例30、对比例1、对比例2和对比例3可知，采用乙烯基硅油和含氢硅油虽然能使导热凝胶具有较低的出油率，但导热凝胶的挤出速率同样会降低，本申请中添加了白炭黑之后，由表2可知，实施例1中的导热凝胶具有较低的出油率，同时挤出速率高于对比例2和对比例3，表明本申请添加的白炭黑不仅能够使导热凝胶具有较低的出油率，同时还能够使导热凝胶具有一定的流动性，从而使导热凝胶具有一定的挤出速率。

结合实施例1、实施例6至实施例14，随着氧化铝粒径的逐渐增大，导热凝胶的导热性能逐渐提高，表明氧化铝的粒径越大，越有利于氧化铝在导热凝胶体系中相互接触，从而有助于形成导热通路，提高导热性能。同时，实施例6至实施例14中导热凝胶的出油率变化较小，而随着氧化铝粒径的增大，导热凝胶的挤出速率随之增大，分析认为是由于粒径较大的氧化铝吸油值相对较低，增稠效果不明显，从而使得导热凝胶具有一定的流动性，进而表现为增大导热凝胶的挤出速率。

参照实施例1、实施例15至实施例19，随着硅油粘度的逐渐增加，导热凝胶的出油率和挤出速率均逐渐降低，而导热性能变化较小，表明硅油的粘度变化主要影响着导热凝胶的流动性，使其表现出较低的挤出速率，同时硅油的粘度越大，硅油分子受到的阻力越大，从而可降低导热凝胶的出油率。

结合实施例1、实施例20至实施例23，随着气相法白炭黑的比表面积逐渐增大，导热凝胶挤出速率和出油率均有所降低，表明具有较大的比表面积可有助于提高气相法白炭黑的吸附性和触变性，从而可使导热凝胶体系中的各原料组分能够结合紧密，降低了导热橡胶的出油率；同时，在增强各原料组分紧密结合的同时，还会影响导热凝胶的流动性，表现为降低导热凝胶的挤出速率。且结合实施例24可知，选用气相法白炭黑更有助于降低导热凝胶的出油率和确保导热凝胶具有一定的挤出速率。

结合实施例1、实施例25至实施例29，在导热凝胶体系中添加硅藻土，对导热凝胶的导热性能和挤出速率的影响较小，但可以有效降低导热凝胶的出油率，表明导热凝胶中游离的硅油分子能够填充到硅藻土的孔隙中，从而使游离的硅油分子的运动受到限制，进而可降低导热凝胶的出油率。

本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (5)

1.一种低出油导热凝胶，其特征在于，由包括以下质量百分比的原料制成：硅油5-19%，白炭黑0.05-0.5%，偶联剂0.1-2%，硅藻土0.5-1%，余量为导热粉体；

所述白炭黑为气相法白炭黑，其比表面积为140-220；

所述导热粉体的粒径为40-50μm；

所述硅油的粘度为350-2000cps。

2.根据权利要求1所述的一种低出油导热凝胶，其特征在于：所述导热粉体选自氧化铝、氧化锌、氮化硼、氮化铝、二氧化硅、氢氧化铝中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的一种低出油导热凝胶，其特征在于：所述硅油选自乙烯基硅油、苯基硅油、羟基硅油、二甲基硅油、聚醚改性硅油、长链烷基硅油中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的一种低出油导热凝胶，其特征在于：所述偶联剂选自丙基三甲氧基硅烷、葵基三甲氧基硅氧烷、苯基硅氧烷、γ―氨丙基三乙氧基硅烷、γ―(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷中的一种或多种。

5.如权利要求1-4任一项所述的一种低出油导热凝胶的制备方法，其特征在于：按配比，将导热粉体、白炭黑、硅油和偶联剂混匀，搅拌30min，并于120℃下加热2h，得低出油导热凝胶。