[发明专利]一种填充石墨烯各向同性高性能导电胶及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于导电胶制备技术领域，特别涉及一种填充石墨烯各向同性高性能导电胶的制备方法。

背景技术

随着电子科学技术的蓬勃发展，对电子封装技术提出了更高更严格的要求，目前应用在电子、家电、能源、汽车等领域中的的Sn/Pb焊料具有低成本、熔点低、强度高、加工塑性好、浸润性好等特点，但是也存在很多不容忽视的问题，抗蠕变性能差、密度大、与有机材料的浸润性差、连接温度高等缺点已经无法适应现代电子产品向轻便型发展的要求，而且铅是一种重金属物质，不利于环境保护，因此，导电胶是取代锡铅焊接，实现导电连接的理想选择；导电胶具有以下优点：1）固化温度低，适用于一些对温度较为敏感的材料及无法焊接的材料上、如芯片在玻璃上的组装等，2)分辨率高，各向异性导电胶可以实现线分辨率比合金焊料高得多的组装，3）热机械性能好。4）工艺简单，5）与很多材料具有比较好的润湿性；导电胶主要由树脂基体、导电粒子和分散添加剂、助剂等组成，对体系导电性能起决定性作用的主要是导电粒子的导电性能，目前，填料主要包括：Au、Ag、Cu、Al、Fe的粉末和石墨及一些导电化合物；银的价格昂贵，在直流电场和湿气条件下产生银迁移现象，铜的化学性质比银活泼，在空气中，铜易被氧化，形成氧化产物不具有导电性，石墨的化学性质比较稳定，相对密度较小，分散性好，但是电导率较小，限制了其使用范围。

表1为各金属的电阻率

 

石墨烯独特的结构决定了石墨烯的优异性能，独特的二维结构，以六边形的晶格形式存在，在二维平面上，石墨烯以SP²轨道杂化，碳原子以σ键与周围的三个碳原子相连，因此石墨烯具有很强的结构刚性，垂直于石墨烯平面的P电子与周围的电子形成π键，由于π电子可以在石墨烯晶体中自由移动，使得石墨烯具有良好的导电性，石墨烯片层内部的体积电阻率可以高达5×10^-7Ω·m，电子传输速度是硅元素的100倍。在导电胶领域，以其为导电填料的相关文献较少。

本发明采用球磨法制备的石墨烯作为导电填料，并且采用十二烷基磺酸钠或者硅烷偶联剂KH550等表面活性剂对其进行处理，使得石墨烯在导电胶的分散程度增加，制备了一种高性能的导电胶，能广泛应用于电子封装行业，具有非常显著的效果。

发明内容

本发明的目的是为了克服现存导电胶的电导率低，粘结强度低等缺点，提供一种力学强度高、耐热性能好、粘结强度高，电导率高的高性能导电胶组合物，并提供导电胶粘剂组合物的制备方法。

本发明的导电胶胶粘剂，组分按重量份数计算，组成如下：

基体环氧树脂 100份；

核壳结构增韧环氧树脂50~60份；

石墨烯15~20份；

固化剂10~15份；

固化促进剂2~3份；

气相二氧化硅2~3份。

  上述的石墨烯导电胶中，基体环氧树脂为E54，E44或者EPON826树脂。

上述的石墨烯导电胶中，核壳结构增韧环氧树脂为HR-125、HR-130或者HR-157（常州合润新材料有限公司）。

上述的石墨烯导电胶考虑到胶的室温存放期以及固化速度以及色泽性等问题等因素，使用效果较好的固化剂是甲基六氢邻苯二甲酸酐（嘉兴阿尔法精细化工有限公司）。

上述的石墨烯导电胶中可以采用各种固化促进剂，包括苯基-二甲脲，三乙胺，二乙基四甲基咪唑，甲基咪唑，端叔胺超支化聚合物或上述物质的混合物，使用效果较好的是二乙基四甲基咪唑（常州市中凯化工有限公司）。

当导热胶受剪切或者静置状态下，触变剂用来控制胶体的流变性能，使其不会发生流淌或者滴落的一种改性剂，较好的触变剂为气相二氧化硅。

上述的导电胶的导电填料的制备为采用机械球磨法制备得到的石墨烯，并且经过十二烷基磺酸钠或者KH550等表面活性剂对其进行处理后。

石墨烯的制备方法主要包括以下两种方法为：

方法一：以天然石墨粉为原料，称取150-200g石墨粉于2或者4只球磨罐中，球磨时间为120h~240h、球磨速度为300r/min~600r/min、球磨运行方式：交替，球磨结束后，得到的固体粉末为石墨烯。