專利名稱：玻璃纖維增強型導熱絕緣硅橡膠復合材料及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種玻璃纖維增強型導熱絕緣硅橡膠復合材料及其制備方法，屬于導 熱絕緣材料技術。
背景技術：
目前電子產品的電路設計越來越復雜，呈密集化、小型化趨勢。這些電子電器設備 會產生大量熱量，這些熱量若不能及時排出，積聚到一定程度勢必會對電子電器的元器件 及設備本身造成損害。所以必須將其產生的多余熱量及時、有效地傳遞到周圍環境中去。在 散熱工業中傳統的金屬材料，因其制品的幾何形狀受到很大限制，并且此種散熱裝置與電 子元件表面存在一定間隙，從而越來越容易地被一些熱界面材料替代。導熱橡膠是側重導熱性能的一類橡膠基復合材料，多以硅橡膠為基體，具有彈性 好、電絕緣性好、低壓易變形及密封性好等特點，將其用于元器件散熱時能有效填充界面間 的空隙，驅除冷熱界面間的空氣，可將散熱器功效提高40%左右。因此，研究具有高導熱性 的導熱橡膠對電子電器設備的小型化、密集化以及提高其精度、壽命都有著重要意義。未填充的硅橡膠導熱性能很差，而一些無機物如氧化鋁等具有比硅橡膠高很多的 導熱系數，通過填充導熱粉可使硅橡膠的導熱性能大幅度提高。并且從架橋觀點來看，混 合填充可以使小粒徑與大粒徑導熱粒子形成比較緊密的堆積，有利于形成更有效的導熱網另外以玻璃纖維布為增強材料，理論上增強型硅橡膠傳熱性會提高，表面更易發 生形變，能比較充分地接觸到功率元器件和散熱器的間隙。并且，玻璃纖維布還賦予橡膠優 異的抗切割性能以及抗撕裂性能。目前通常的導熱硅橡膠復合材料所用的導熱填料大多是氣相法制備的白炭黑，之 外還有氧化鋁、碳化硅、氮化硼等，使用上述導熱粉體成本相對較高，且制得的導熱硅橡膠 導熱系數沒有很好的提高，綜合性能相對較差。
發明內容
本發明的目的是提供一種玻璃纖維增強型導熱絕緣硅橡膠復合材料的制備方法。 該方法過程簡單，制備成本較低、所制得的玻璃纖維增強型導熱絕緣硅橡膠復合材料導熱 絕緣性能較好。本發明的目的可由如下技術方案加以實現的一種玻璃纖維增強型導熱絕緣硅 橡膠復合材料，所述的玻璃纖維增強型導熱絕緣硅橡膠復合材料由每層厚度為0. Imm 0. 15mm的兩層導熱絕緣硅橡膠層與之間的玻璃纖維布復合組成，其特征在于，導熱絕緣硅 橡膠層的組分及其質量份數為甲基乙烯基硅橡膠100份；導熱粉粒徑為0. 5 μ m 40 μ m的氧化鋁、氮化鋁和鋁粉中的一種、兩種或三種 150 300 份；
乙烯基三乙氧基硅烷表面親和劑3 6份；2、5-二甲基-2、5-二叔丁基過氧化己烷交聯劑0.5 1份。上述玻璃纖維增強型導熱絕緣硅橡膠復合材料的制備方法，其特征在于包括以下 過程a、按照甲基乙烯基硅橡膠與導熱粉、乙烯基三乙氧基硅烷和2、5_ 二甲基-2、5_ 二 叔丁基過氧化己烷的質量份數比即100 (150 300) (3 6) (0. 5 1)，分別稱取 原料，然后將稱取的導熱粉在105 115°C下干燥1 池。b、將稱取的甲基乙烯基硅橡膠置于雙輥煉膠機中，在溫度20°C 40°C、輥速18 24轉/分鐘、兩輥間距0. 4mm Imm條件下，首先塑煉5 6min，使甲基乙烯基硅橡膠包輥， 再同時向雙輥煉膠機中加入干燥的導熱粉和稱取的乙烯基三乙氧基硅烷，持續切片反復混 煉20 25min，再向雙輥煉膠機中加入稱取的2、5_ 二甲基_2、5_ 二叔丁基過氧化己烷，持 續切片反復混煉10 15min，得到導熱絕緣硅橡膠。C、將步驟b得到的導熱絕緣硅橡膠以30 40MPa壓力壓為厚度為0. 1 0. 15mm 的導熱絕緣硅橡膠層，再將玻璃纖維布放在兩層導熱絕緣硅橡膠層之間，在壓力3 4MPa 下壓制成型得到玻璃纖維增強型導熱絕緣硅橡膠復合材料。本發明的優點在于，與現有技術相比，本發明的玻璃纖維增強型導熱絕緣硅橡膠 復合材料制備過程簡單，成本低，另外以玻璃纖維布作為增強材料，使得本發明的復合材料 具有良好的抗穿透、抗撕裂性能。所制得的玻璃纖維增強型導熱絕緣硅橡膠復合材料的導 熱系數達到0. 81 1. 2W/(m ·K)，擊穿電壓達到10200 30000V，拉伸強度達到10. 398 12MPa，該復合材料可用作功率電源、汽車、發電機上的電子器件與散熱器之間的隔離件，這 樣的隔離件可以填滿兩者間不平整的表面，從而降低熱阻，加速能量傳遞。
具體實施例方式實施例1 稱取250g平均粒徑為30 μ m的氧化鋁和50g平均粒徑為0. 5 μ m的氮化鋁放在真 空干燥箱中，于110°C下烘料1. 5h ；將IOOg甲基乙烯基硅橡膠置于雙輥煉膠機中，在溫度 ^°C、輥速18轉/分鐘和兩輥間距0. 6mm條件下塑煉5min，至甲基乙烯基硅橡膠包輥，且 兩輥中間有堆積；將干燥的氧化鋁和氮化鋁及6g的乙烯基三乙氧基硅烷加入到雙輥煉膠 機中，在輥轉動的同時，不斷的用鏟刀切割包裹在輥上的膠料使所加入的導熱粉、表面親和 劑和甲基乙烯基硅橡膠混合均勻，混煉30min后，再向雙輥煉膠機中加入0. 5g的2、5_ 二甲 基-2、5-二叔丁基過氧化己烷，并在輥轉動的同時，不斷的用鏟刀切割包裹在輥上的膠料 使所加入的交聯劑與膠料混合均勻，持續混煉ISmin得到導熱絕緣硅橡膠；取兩份每份2g 的導熱絕緣硅橡膠，分別在壓力成型機中于36MPa壓力下壓成厚度為0. 12mm的導熱絕緣硅 橡膠層，再將玻璃纖維布放在兩層導熱絕緣硅橡膠層中間，在壓力下壓制成型得到玻 璃纖維增強型導熱絕緣硅橡膠復合材料。將所得玻璃纖維增強型導熱絕緣硅橡膠復合材料在平板硫化機中于溫度175°C、 壓力IOMI^a下一段硫化9min，然后在電熱鼓風干燥烘箱中于溫度200°C下二段硫化4h， 得到性能測試樣品。所得玻璃纖維增強型導熱絕緣硅橡膠復合材料的厚度為0. 25mm,經 DRL- II導熱系數測試儀測得該材料的導熱系數為0. 81ff/(m · K)，根據ATSM-D 374-1999標準測得該材料的擊穿電壓為20000V，經M350萬能材料試驗機測得該材料的拉伸強度為 10.398MPao實施例2:稱取135g平均粒徑為30 μ m的氧化鋁、25g平均粒徑為0. 5 μ m的氮化鋁和40g平 均粒徑為40 μ m的鋁粉放在真空干燥箱中，于110°C下烘料1. 5h ；將IOOg甲基乙烯基硅橡 膠置于雙輥煉膠機中，在溫度^°C、輥速18轉/分鐘和兩輥間距0. 4mm條件下塑煉5min， 至甲基乙烯基硅橡膠包輥，且兩輥中間有堆積；將干燥的氧化鋁、氮化鋁和鋁粉及4g的乙 烯基三乙氧基硅烷加入到雙輥煉膠機中，在輥轉動的同時，不斷的用鏟刀切割包裹在輥上 的膠料使所加入的導熱粉、表面親和劑和甲基乙烯基硅橡膠混合均勻，混煉25min后，再向 雙輥煉膠機中加入0. Sg的2、5_ 二甲基-2、5- 二叔丁基過氧化己烷，并在輥轉動的同時，不 斷的用鏟刀切割包裹在輥上的膠料使所加入的交聯劑與膠料混合均勻，持續混煉15min得 到導熱絕緣硅橡膠；取兩份每份2g的導熱絕緣硅橡膠，分別在壓力成型機中于40MI^壓力 下壓成厚度為0. Ilmm的導熱絕緣硅橡膠層，再將玻璃纖維布放在兩層導熱絕緣硅橡膠層 中間，在3MPa壓力下壓制成型得到玻璃纖維增強型導熱絕緣硅橡膠復合材料。將所得玻璃纖維增強型導熱絕緣硅橡膠復合材料在平板硫化機中于溫度175°C、 壓力IOMI^a下一段硫化9min，然后在電熱鼓風干燥烘箱中于溫度200°C下二段硫化4h， 得到性能測試樣品。所得玻璃纖維增強型導熱絕緣硅橡膠復合材料的厚度為0. 23mm,經 DRL- II導熱系數測試儀測得該材料的導熱系數為0. 89ff/(m · K)，根據ATSM-D 374-1999 標準測得該材料的擊穿電壓為15000V，經M350萬能材料試驗機測得該材料的拉伸強度為 10.97IMPaO實施例3 稱取140g平均粒徑為0. 5 μ m的氧化鋁和60g平均粒徑為40 μ m的鋁粉放在真空 干燥箱中，于115°C下烘料Ih ；將IOOg甲基乙烯基硅橡膠置于雙輥煉膠機中，在溫度25°C、 輥速18轉/分鐘和兩輥間距0. 4mm條件下塑煉5min，至甲基乙烯基硅橡膠包輥，且兩輥中 間有堆積；將干燥的氧化鋁和鋁粉及4g的乙烯基三乙氧基硅烷加入到雙輥煉膠機中，在輥 轉動的同時，不斷的用鏟刀切割包裹在輥上的膠料使所加入的導熱粉、表面親和劑和甲基 乙烯基硅橡膠混合均勻，混煉27min后，再向雙輥煉膠機中加入0. 5g的2、5_ 二甲基-2、 5-二叔丁基過氧化己烷，并在輥轉動的同時，不斷的用鏟刀切割包裹在輥上的膠料使所加 入的交聯劑與膠料混合均勻，持續混煉16min得到導熱絕緣硅橡膠；取兩份每份2g的導熱 絕緣硅橡膠，分別在壓力成型機中于35MPa壓力下壓成厚度為0. 13mm的導熱絕緣硅橡膠 層，再將玻璃纖維布放在兩層導熱絕緣硅橡膠層中間，在壓力下壓制成型得到玻璃纖 維增強型導熱絕緣硅橡膠復合材料。將所得玻璃纖維增強型導熱絕緣硅橡膠復合材料在平板硫化機中于溫度175°C、 壓力IOMI^a下一段硫化9min，然后在電熱鼓風干燥烘箱中于溫度200°C下二段硫化4h，得到 性能測試樣品。所得玻璃纖維增強型導熱絕緣硅橡膠復合材料的厚度為0. 27mm，經DRL- II 導熱系數測試儀測得該材料的導熱系數為1. 09ff/(m · K)，根據ATSM-D 374-1999標準測得 該材料的擊穿電壓為10200V，經M350萬能材料試驗機測得該材料的拉伸強度為10819MPa。
權利要求
1.一種玻璃纖維增強型導熱絕緣硅橡膠復合材料，所述的玻璃纖維增強型導熱絕緣硅 橡膠復合材料由每層厚度為0. Imm 0. 15mm的兩層導熱絕緣硅橡膠層與之間的玻璃纖維 布復合組成，其特征在于，導熱絕緣硅橡膠層的組分及其質量份數為甲基乙烯基硅橡膠100份；導熱粉粒徑為0.5μπι 40μπι的氧化鋁、氮化鋁和鋁粉中的一種、兩種或三種， 150 300 份；乙烯基三乙氧基硅烷表面親和劑3 6份；2、5_二甲基-2、5-二叔丁基過氧化己烷交聯劑0.5 1份。
2. 一種制備權利要求1所述的玻璃纖維增強型導熱絕緣硅橡膠復合材料的方法，其特 征在于包括以下過程a、按照甲基乙烯基硅橡膠與導熱粉、乙烯基三乙氧基硅烷和2、5_二甲基-2、5-二叔丁 基過氧化己烷的質量份數比即100 (150 300) (3 6) (0. 5 1)，分別稱取原 料，然后將稱取的導熱粉在105 115°C下干燥1 池；b、將稱取的甲基乙烯基硅橡膠置于雙輥煉膠機中，在溫度20°C 40°C、輥速18 M 轉/分鐘、兩輥間距0. 4mm Imm條件下，首先塑煉5 6min，使甲基乙烯基硅橡膠包輥，再 同時向雙輥煉膠機中加入干燥的導熱粉和乙烯基三乙氧基硅烷，持續切片反復混煉20 25min，再向雙輥煉膠機中加入稱取的2、5- 二甲基-2、5- 二叔丁基過氧化己烷，持續切片反 復混煉10 15min，得到導熱絕緣硅橡膠；C、將步驟b得到的導熱絕緣硅橡膠以30 40ΜΙ^壓力壓成厚度為0. 1 0. 15mm的導 熱絕緣硅橡膠層，再將玻璃纖維布放在兩層導熱絕緣硅橡膠層之間，在壓力3 4MPa下壓 制成型得到玻璃纖維增強型導熱絕緣硅橡膠復合材料。
全文摘要
本發明公開了一種玻璃纖維增強型導熱絕緣硅橡膠復合材料及其制備方法。此種材料由兩層導熱絕緣硅橡膠層與之間的玻璃纖維布復合組成，其中導熱絕緣硅橡膠層由硅橡膠、導熱粉、表面親和劑和交聯劑組成。本發明的制備過程首先將硅橡膠與導熱粉、表面親和劑和交聯劑在雙輥煉膠機混合均勻，得到導熱絕緣硅橡膠；然后將導熱絕緣硅橡膠壓為厚度為0.1～0.15mm的薄層，在兩薄層之間加入玻璃纖維布，再經壓制成型得到玻璃纖維增強型導熱絕緣硅橡膠復合材料。本發明的制備方法簡單，制備成本較低，制得材料具有良好的傳熱、散熱以及抗撕裂能力，直接用作電器材料電子器件與散熱器之間的隔離件，可降低電子器件運行溫度，提高器件壽命。
文檔編號C08L83/07GK102139546SQ20101052216
公開日2011年8月3日 申請日期2010年10月28日 優先權日2010年10月28日
發明者何芳, 朱勝利, 許小海, 邳樂樂, 陳彤, 陳翠杰, 高鵬 申請人:天津大學, 天津澳普林特通訊器材組件有限公司