一种高导热耐高温聚硅氧烷陶瓷复合材料及其制法和应用的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种高导热耐高温聚硅氧烷陶瓷复合材料及其制法和应用。所述复合材料由以下组分组成：100质量份乙烯基聚硅氧烷、20～100质量份乙烯基甲基MQ硅树脂、0～0.5质量份抑制剂、0.05～0.5质量份贵金属有机化合物催化剂、3～30质量份硼吖嗪和/或硼吖嗪衍生物、0～5质量份甲基含氢硅油和50～150质量份高导热陶瓷粉体。本发明高导热耐高温聚硅氧烷陶瓷复合材料导热系数高，弹性好，防水防潮、绝缘、减震；耐高温老化性能优异，在航空、航天、电子、电气以及通信照明等领域中具有广阔的应用前景。
【专利说明】一种高导热耐高温聚硅氧烷陶瓷复合材料及其制法和应用
【技术领域】
[0001]本发明属于有机硅纳米复合材料领域，具体涉及一种高导热耐高温聚硅氧烷陶瓷复合材料及其制法和应用。
【背景技术】
[0002]导热防护材料广泛应用于航空、航天、电子、电气、通信照明、武器装备、核反应堆等领域中需要散热和传热的部位，还可作为普通导热材料应用于诸如化工生产和废水处理中使用的热交换器、太阳能热水器、蓄电池冷却器等，还可用作输送、封闭、装饰、埋嵌等材料，具有广阔的应用前景。随着电子设备设施和半导体材料的集成化、微型化和大功率化的高速发展，对其提出了更高的要求，除了提供防潮、绝缘、防腐蚀、耐高温防护作用外，及时散热能力成为影响其使用性能的重要限制因素。大量实践证明，电子元器件温度每升高2°C，可靠性下降10%，50°C时的寿命只有25°C时的1/6。
[0003]高导热的无机陶瓷基导热防护材料刚性大、易龟裂、不易施工操作，已逐渐被导热有机高分子复合材料所代替。有机高分子复合材料具有优良的防潮、减震、耐腐蚀性能和力学性能，绝大多数有机聚合物都是绝缘体，具有优良的电绝缘性能，但是它们的热导率却很低，一般在0.15ff/(m.K)~0.25ff/(m.K)范围。在有机聚合物中填充具有高导热系数的填料是制备聚合物基导热复合材料的常用方法。目前，制备导热材料常用的有机聚合物有:天然橡胶，聚氨酯橡胶，聚乙烯，丁腈橡胶，硅橡胶，环氧树脂等。
[0004]导热脂是以硅油或矿物油为载体，加入高导热耐高温陶瓷颗粒型填料氮化铝、氮化硼、碳化硅、氮化硅等研磨成的膏状物，其热导率一般也只有0.6-1.2ff/(m.K)，将其涂抹于传热界面，能够充分浸润传热界面，降低界面热阻。但导热硅脂易沾黏，清洗困难，导热脂经长期贮存，会出现分油，引起热阻升高。有机硅型导热脂是一种非交联型材料，其最高使用温度为150°C，当温度超过180°C时，导热脂中的硅油会剧烈挥发，并产生降解反应，因而不适用于在150°C以上或光学性能要求很高的部件。
[0005]聚硅氧烷橡胶由于其结构的特殊性使其具有防水防潮、耐高低温、耐高电压、耐老化、耐辐射性、耐候性、易加工性等性能，使其成为常用的制备导热材料的基体树脂材料。加成型液体硅橡胶极容易驱除接触界面孔隙内的空气，交联固化形成橡胶时没有小分子释放，体积变化很小，能承受高低温间的交变环境，内应力小。导热聚硅氧烷硅橡胶材料具有优异的防水防潮、绝缘、减震和散热的特性，除了可在广泛的操作条件下保持其物理及电气性能外，还可抵受臭氧及紫外线的裂解，具有良好的化学稳定性，使其在电子元器件等领域有着不可替代的作用。
[0006] 纳米MQ硅树脂是由单官能团(M基团)有机硅氧烷封闭链节R3SiOv2 (R全部为甲基则为甲基MQ硅树脂；R中一小部分为乙烯基，其它为甲基制备出的产物为乙烯基甲基MQ硅树脂)和四官能团(Q基团)有机硅氧烷链节SiO2进行水解缩合而成的性能特殊的纳米尺寸有机硅树脂材料，为双层结构紧密球状体，其中球芯为S1-O链连接，密度较高，聚合度为15~50的笼状SiO2,球壳为密度较低的R3SiCV2层，其摩尔质量一般为1000~8000g/mol。
【发明内容】
[0007]为解决现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种高导热耐高温聚硅氧烷陶瓷复合材料。
[0008]本发明的另一目的在于提供上述高导热耐高温聚硅氧烷陶瓷复合材料的制备方法。
[0009]本发明的再一目的在于提供上述高导热耐高温聚硅氧烷陶瓷复合材料的应用。
[0010]为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案:
[0011]一种高导热耐高温聚硅氧烷陶瓷复合材料，所述复合材料由以下质量份数的组分组成:
[0012]
乙烯基聚硅氧烷100份
乙烯基甲基MQ硅树脂20~100份
抑制剂0-0.5份
贵金属有机化合物催化剂(以贵金属含量计) 0.05~0.5份 硼吖嗪和/或硼吖嗪衍生物3~30份
甲基含氢硅油O~5份
高导热陶瓷粉体50~150份。[0013]优选的，所述乙烯基聚硅氧烷(也称乙烯基硅油)为端乙烯基聚二甲基硅氧烷(也称端乙烯基甲基硅油)、侧乙烯基聚二甲基硅氧烷(也称侧乙烯基甲基硅油)或同时含端乙烯基和侧乙烯基的聚二甲基硅氧烷中的至少一种；其粘度为1000~80000mPa.S。
[0014]更优选的，所述乙烯基聚硅氧烷的粘度为3000~50000mPa.S。
[0015]优选的，所述乙烯基甲基MQ硅树脂的乙烯基含量为1.0~4.0wt%, M基团和Q基团的摩尔比为0.6~1.5。
[0016]优选的，所述抑制剂为乙炔基环己醇。
[0017]优选的，所述贵金属有机化合物催化剂为三(三苯基膦)羰基氢化铑(I)，或是三(三苯基膦)羰基氢化铑(I)与钼的二乙烯基四甲基二硅氧烷的络合物溶液的混合物，混合物中金属铑与钼的质量比为100:0.5~100。
[0018]贵金属催化剂在室温下与抑制剂乙炔基环己醇形成络合物，乙炔基环己醇中的π电子与贵金属中的空轨道配对，金属活性受到抑制。随着时间的延长和温度升高，金属催化活性逐渐被释放，催化反应进行，高温下反应加速。
[0019]优选的，所述硼吖嗪衍生物包括取代硼吖嗪、硼吖嗪二聚体、硼吖嗪低聚物、硼吖嗪聚合物或取代硼吖嗪聚合物中的至少一种；所述硼吖嗪和硼吖嗪衍生物中均至少含有一个B-H键。
[0020]所述硼吖嗪和硼吖嗪衍生物的结构式分别如式1-5所示，其中固体硼吖嗪聚合物、取代硼吖嗪聚合物的颗粒粒径为10~100 μ m。
【权利要求】
1.一种高导热耐高温聚硅氧 烷陶瓷复合材料，其特征在于，所述复合材料由以下质量份数的组分组成: 乙烯基聚硅氧烷100份 乙烯基甲基MQ硅树脂20~100份 抑制剂 O~0.5份 贵金属有机化合物催化剂(以贵金属含量计) 0.05~0.5份 硼吖嗪和/或硼吖嗪衍生物3~30份 甲基含氢硅油 O~5份 局导热陶瓷粉体50~150份'。
2.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述乙烯基聚硅氧烷为端乙烯基聚二甲基硅氧烷、侧乙烯基聚二甲基硅氧烷或同时含端乙烯基和侧乙烯基的聚二甲基硅氧烷中的至少一种；其粘度为1000~80000mPa.S。
3.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述乙烯基甲基MQ硅树脂的乙烯基含量为1.0~4.0wt%，M基团和Q基团的摩尔比为0.6~1.5 ;所述抑制剂为乙炔基环己醇。
4.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述贵金属有机化合物催化剂为三(三苯基膦)羰基氢化铑(I)，或是三(三苯基膦)羰基氢化铑(I)与钼的二乙烯基四甲基二硅氧烷的络合物溶液的混合物，混合物中金属铑与钼的质量比例为100:0.5~100。
5.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述硼吖嗪衍生物包括取代硼吖嗪、硼吖嗪二聚体、硼吖嗪低聚物、硼吖嗪聚合物或取代硼吖嗪聚合物中的至少一种；所述硼吖嗪和硼吖嗪衍生物中均至少含有一个B-H键。
6.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述甲基含氢硅油中活性硅氢键中氢的百分含量为0.36~1.00wt%，其粘度为50~1000mPa.S。
7.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述高导热陶瓷粉体为氮化硼、氮化铝、碳化硅或氮化硅中的至少一种，粉体颗粒平均粒径为I~50μπι。
8.权利要求1~7任一项所述高导热耐高温聚硅氧烷陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下:将100质量份乙烯基聚硅氧烷、20~100质量份乙烯基甲基MQ硅树脂、O~0.5质量份抑制剂、0.05~0.5质量份贵金属有机化合物催化剂、3~30质量份硼吖嗪和/或硼吖嗪衍生物、O~5质量份甲基含氢硅油和50~150质量份高导热陶瓷粉体按比例混匀后，50~150°C固化得到所述高导热耐高温聚硅氧烷陶瓷复合材料。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述固化是指在50~150°C固化2~5h ;或者是先在50~80°C前固化0.5~lh，再于120~150°C进行后固化。
10.权利要求1~7任一项所述高导热耐高温聚硅氧烷陶瓷复合材料在航空、航天、电子、电气或通信照明领域中的应用。
【文档编号】C08K5/55GK103951983SQ201410156149
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年4月17日 优先权日:2014年4月17日
【发明者】黄月文, 王斌 申请人:中科院广州化学有限公司