[发明专利]一种含有碳纤维的高导热绝缘硅橡胶复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种含有碳纤维的高导热绝缘硅橡胶复合材料及其制备方法。该复合材料由以下重量份(克)的原料组成：硅橡胶基体80～120份，气相法白炭黑5～35份，碳纤维包覆的导热填料10～100份，硫化剂1～2份，硅烷偶联剂0.5～5份，羟基硅油1～5份。本发明制备的硅橡胶复合材料在室温下(25℃)的热导率高于1.89W·m^‑1·K^‑1，体积电阻率＞1.6×10¹⁵Ω，拉伸强度和断裂伸长率分别高于5.02Mpa和310％，且热性能稳定；本发明制备方法简单，成本低。

技术领域

本发明涉及硅橡胶材料技术领域，特别涉及一种高导热绝缘硅橡胶复合材料及其制备方法。

背景技术

随着下一代微电子技术的快速发展，对超轻、小型化和多功能化电子产品的需求不断增加。因此，有效的热管理是电子封装的主要难题之一，需要具有优异导热性和电绝缘性的高性能热界面材料，硅橡胶作为聚硅氧烷基无机合成功能弹性体的主要类别，具有轻质，电绝缘，热稳定性，良好的耐化学性，低毒性和良好的弹性等优点，因此被广泛应用于多种场合，如医疗器械，电子产品，汽车，润滑剂和密封剂，微波吸收剂等。然而，由于其低导热性和差的机械性能，纯硅橡胶不能直接用作热界面材料。为了提高热界面材料的导热性，陶瓷填料和碳材料已被广泛用作导热填料，包括氧化铝(Al₂O₃)，氮化硼(BN)，氮化硅(Si₃N₄)，二氧化硅(SiO₂)，碳化硅(SiC)，氮化铝(AlN)，氧化锌(ZnO)等被引入到聚合物复合材料可提高聚合物基复合材料的导热性。碳材料，包括碳纤维(CF)，石墨，石墨烯，碳纳米管(CNTs)等已被广泛用作导热填料。然而，由于填料和聚合物基体之间的界面热阻较高，这些填料添加到硅橡胶基体中要么不能满足电绝缘性要求，要么需要非常高的填充量来实现其高导热性，增加成本和降低机械性能。

中国发明专利申请CN201611255630.9公开了一种利用改性氮化硼制得的导热硅橡胶及其制备方法；导热硅橡胶由A、B胶混合组成，其中：A胶包括：基料50～100份，导热填料5～50份，补强填料5～20份，抑制剂0.1～1.0份；B胶包括：交联剂2～10份，催化剂2～10份，导热填料5～50份，补强填料5～20份；导热填料为改性氮化硼。改性过的氮化硼颗粒作为导热填料加入到硅橡胶中制得的绝缘导热硅胶具有优良的耐热、耐候性能，以及高的导热性能和优良的流动特性，可用于汽车电池材料的封装。所述的改性氮化硼的制备步骤如下：首先配制1mg/mL的乙烯基硅油/庚烷溶液，通过机械搅拌器搅拌均匀；然后在搅拌均匀的溶液中添加氮化硼颗粒直至溶液中的氮化硼颗粒达到饱和状态；再将浸泡了氮化硼颗粒的液体进行机械搅拌和超声分散；最后分散好的饱和液体在100℃～120℃的环境下干燥4～6小时即可得到改性过的氮化硼颗粒。所述的基料为乙烯基硅油；补强填料为气相白炭黑、石英粉、碳酸钙中的一种；交联剂为含氢硅油。该技术所制备的硅橡胶复合材料仅用氮化硼做导热填料，氮化硼本身热导率较低；且利用乙烯基硅油/庚烷溶液进行改性，改性效果不明显。因此所制备的硅橡胶复合材料热导率不高，仅有0.73W·m^-1·K^-1。