一种高取向有序排列的高导热系数硅胶片及制备方法与流程

本发明涉及导热材料领域，具体涉及一种高取向有序排列的高导热系数硅胶片及制备方法。

背景技术：

1、随着由于工业生产和科学技术的进步，高功率芯片的体积越来越小，发热功率越来越大，芯片温度每升高2℃，稳定性下降10％，芯片工作温度为50℃时的寿命只有25℃时的1/6，作为计算机系统核心的中央处理器cpu的运算速度越来越快，其发热量也随之增大。如果cpu散热不好，温度过高，很容易导致计算机在运行过程中出现热启动，死机等问题。因此，为cpu提供良好的散热系统是保证计算机正常工作的重要条件之一。芯片不仅需要高性能的导热材料将热量传递出去，而且需要导热材料具有高绝缘、低硬度特性。

2、中国专利cn202010924781.9公开了一种挤出成型取向有序的导热硅胶制备工艺及导热硅胶。本申请的硅胶制备工艺包括：步骤一、有机硅聚合物基料制备；步骤二、通过侧喂料装置添加导热粉体和取向有序导热材料；步骤三、螺杆挤出成型，使得硅胶内分子结构按照其分子取向有序成型。本申请按照上述方法得到的导热硅胶厚度在0.1-10mm之间。由于采用螺杆挤出硅胶成型工艺，使得获得的硅胶材料的微观结构取向有序，进而获得的导热硅胶导热效果较佳。但是其取向性和材料的性能还有待于进一步提高，而且采用螺杆挤出加工过程，必须保持较高温度，容易使产品焦烧；由于添加的导热粉及取向材料基本都是无机物，很难熔融，导致这些添加剂不能很好的混合，另外该专利配方中加入石墨片、碳纤维等，虽然可以提高导热系数，但会大大降低绝缘性，容易引起电路板短路。

3、传统的导热硅胶材料由于填充量大、硬度较高，难以适应高功率芯片的低硬度设计需求。针对上述中的相关技术中导热硅胶的导热效果不理想的情况，有必要设计一种高取向有序排列的高导热系数硅胶片以克服上述问题。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种高取向有序排列的高导热系数硅胶片及制备方法，该种导热胶片导热效果优异，能够更好地满足cpu散热需求。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种高取向有序排列的高导热系数硅胶片，包括以下重量份组分：有机硅氧烷80-100份，导热粉体500-1800份、有序取向导热材料50-200份、交联剂2-5份、偶联剂2-4份。

3、进一步地，所述的导热粉体选自白炭黑、硬脂酸改性氧化铝、氮化铝、氮化硅、氮化硼、氧化锌晶须中的一种或几种。

4、进一步地，所述的有序取向导热材料选自硬脂酸改性氧化铝、氮化铝、氮化硅、氮化硼、氧化锌晶须中的一种或几种。有序取向导热材料此处是指具有纤维状、片状或者晶须状结构的导热材料，此种材料在受到剪切力时会按照剪切力方向上排布，使得材料沿着剪切方向与垂直剪切方向性能不同。

5、进一步地，所述的偶联剂包括y-缩水甘油醚氧丙基三甲基硅烷、y-氨丙基三乙氧基硅烷、辛基三乙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷中的一种或几种。

6、进一步地，所述的交联剂包括甲基含氢硅油、过氧化物、氯铂酸中任选一种或两种。

7、进一步地，所述的有机硅氧烷包括甲基乙烯基聚硅氧烷、双乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷。

8、本发明还提供一种高取向有序排列的高导热系数硅胶片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

9、步骤一、将有机硅氧烷放入开炼机包辊，依次加入导热粉体、有序取向导热材料、交联剂和偶联剂，混合均匀后，依据胶料的不同黏度，调整辊距0.1-3mm之间压延出片，在辊轮的剪切力作用下导热填料取向有序排列；

10、步骤二、把经压延成片的导热基料平铺在离型膜上，切成片状，根据要求叠加成不同的厚度，或依据要求裁切适当厚度，在加热的平板硫化机上施加一定压力模压制成一体，即为有序取向的导热硅胶片材。

11、进一步地，步骤二中模压的压力为10-15mpa，温度为120-170℃。

12、通过采用上述技术方案，由于采用开炼机辊轮挤压的混料方式，取向有序的导热材料在辊筒压延方向上，能够使自然形成取向有序的微观结构，方向与辊筒压延方向一致，这样一种微观结构能够更好地传输热量，因此，本方法得到的导热硅胶具有较好的导热效果。

13、通过采用上述技术方案，片状导热材料氮化硼等，以及纤维状导热材料氧化锌晶须等，在压延过程中水平分布在硅胶中，有利于导热填料形成内部网络，获得较高的导热效率。

14、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

15、1.本发明采用乙烯基聚硅氧烷等有机硅氧烷作为获得导热硅胶的主基材，导热粉体和取向导热材料主要起到导热作用，交联剂是乙烯基聚硅氧烷形成交联网状的试剂，氯铂酸能够催化乙烯基聚硅氧烷的交联反应，偶联剂能够提供交联反应的双键或活性氢。将上述比例的各个物料混合，得到的导热硅胶导热效果好，其中，可以使用单一或复配的取向导热材料取向后制作得到导热硅胶。导热粉体为改性氧化铝、氮化铝、氮化硅、氮化硼、氧化锌的一种或几种复配，粉体粒径0.5～6.5um之间，此粒度粉体有较大的比表面积，同时兼具良好的分散性，可以与有序取向导热材料共同形成内部导热网络，导热效果较好。

16、2.本发明在于使用常规橡胶加工成型设备，获得一种高取向有序排列的硅胶片，可在导热材料高度取向的方向上获得较好的导热系数。

17、3.本发明导热硅胶厚度在1-3mm之间，由于本发明采用开炼机压延硅胶成型工艺，再切割适当厚度后按所需要方向模压成型，使得本发明获得的导热材料的微观结构取向有序，进而获得较佳的导热效果。由于开炼机两辊间剪切力较大，故压延取向可获得较高的取向度，且操作简便，有利于提高工作效率。

技术特征：

1.一种高取向有序排列的高导热系数硅胶片，其特征在于，包括以下重量份组分：有机硅氧烷80-100份，导热粉体500-1800份、有序取向导热材料50-200份、交联剂2-5份、偶联剂2-4份。

2.根据权利要求1所述的一种高取向有序排列的高导热系数硅胶片，其特征在于，所述的导热粉体选自白炭黑、硬脂酸改性氧化铝、氮化铝、氮化硅、氮化硼、氧化锌晶须中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的一种高取向有序排列的高导热系数硅胶片，其特征在于，所述的有序取向导热材料为纤维状、片状或者晶须状结构的导热材料。

4.根据权利要求1或3所述的一种高取向有序排列的高导热系数硅胶片，其特征在于，所述的有序取向导热材料选自硬脂酸改性氧化铝、氮化铝、氮化硅、氮化硼、氧化锌晶须中的一种或几种。

5.根据权利要求1所述的一种高取向有序排列的高导热系数硅胶片，其特征在于，所述的偶联剂包括y-缩水甘油醚氧丙基三甲基硅烷、y-氨丙基三乙氧基硅烷、辛基三乙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷中的一种或几种。

6.根据权利要求1所述的一种高取向有序排列的高导热系数硅胶片，其特征在于，所述的交联剂包括甲基含氢硅油、过氧化物、氯铂酸中任选一种或两种。

7.根据权利要求1所述的一种高取向有序排列的高导热系数硅胶片，其特征在于，所述的有机硅氧烷包括甲基乙烯基聚硅氧烷、双乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷。

8.一种如权利要求1所述的一种高取向有序排列的高导热系数硅胶片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的一种高取向有序排列的高导热系数硅胶片的制备方法，其特征在于，步骤二中模压的压力为10-15mpa，温度为120-170℃。

10.根据权利要求8所述的一种高取向有序排列的高导热系数硅胶片的制备方法，其特征在于，在进入平板硫化机之前，将片状材料根据要求叠加成不同的厚度，或依据要求裁切适当厚度。

技术总结
本发明涉及一种高取向有序排列的高导热系数硅胶片及其制备方法，包括以下重量份组分：有机硅氧烷80‑100份，导热粉体500‑1800份、有序取向导热材料50‑200份、交联剂2‑5份、偶联剂2‑4份。与现有技术相比，本发明导热硅胶厚度在1‑3mm之间。由于本发明采用开炼机压延硅胶成型工艺，再切割适当厚度后按所需要方向模压成型，使得本发明获得的导热材料的微观结构取向有序，进而获得较佳的导热效果。

技术研发人员：牛国臣,张红梅,李敏
受保护的技术使用者：上海市塑料研究所有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12