一种多层绝缘热界面材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于高分子材料技术领域，具体是指一种多层绝缘热界面材料及其制备方法。本发明专利技术提供一种绝缘热界面材料，所述绝缘热界面材料是由绝缘导热层和导电导热层通过交替分布形成的具有多层结构的界面材料，其中，绝缘导热层由陶瓷基导热填料填充硅橡胶制备得到，导电导热层由碳基导热填料填充硅橡胶制备得到；所述多层结构中的多层为2

【技术实现步骤摘要】
一种多层绝缘热界面材料及其制备方法
本专利技术属于高分子材料
，具体是指一种多层绝缘热界面材料及其制备方法。
技术介绍
在电子元件与集成电器的领域里，由于各种科技发展十分迅速，各种电子元件的集成度越来越大，所要求排除的热量也随之增加，对散热能力的要求也就越来越高。在电子电器领域里，相比于非绝缘热界面材料，绝缘热界面材料更受青睐，因为可以有效地将各种电子设备所产生的热量传递出去的同时不造成设备的短路。热界面材料一般是将高导热的填料添加到聚合物中制备的，导热填料按绝缘性能可以分为绝缘导热填料与非绝缘导热填料。绝缘导热填料主要是陶瓷类填料如碳化硼，而非绝缘导热填料包括碳基填料和金属填料。常用的绝缘导热填料的导热系数一般在20-300W/mK范围内，而碳基填料则具有更高的导热系数(500-5000W/mK)。绝缘热界面材料一般是由陶瓷类填料填充制备的，但由于填料本身具有较低的导热系数，所以制备的陶瓷基热界面材料的导热系数要远小于碳基的热界面材料。商业化绝缘热界面材料的导热系数一般只有0.5-4W/mK。很多文献报道了一些利用碳基导热填料来制备绝缘热界面材料的方法。利用绝缘的SiO2来包裹银纳米线和碳纳米管(CNTs)来提高环氧树脂导热系数的同时保持电绝缘性，但材料的导热系数只有0.5-1.5Wm-1K-1(CompositesScienceandTechnology.2016；128:207-214；Carbon.2011；49(2):495-500)。Morishita报道了一种填料选择性分布的方法来保持聚合物材料的绝缘性，CNTs选择地分布在一相聚合物中从而阻止了导电网络的建立，复合材料的导热系数只有0.43Wm-1K-1(JournalofMaterialsChemistry.2011；21(15):5610)。虽然这些方法制备的热界面材料具有优异的绝缘性但都具有较差的导热性能，导热系数一般只有0.5-1.5Wm-1K-1，散热效果都不能够满足实际的应用。基于此，研究并开发设计一种具有高导热性能和绝缘性的多层绝缘热界面材料则非常重要。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种绝缘热界面材料，其具有多层结构，所得绝缘热界面材料具有较高的导热系数(导热系数达6～11W/mK)，优异的电绝缘性(体积电阻率达1011～1013Ωcm，击穿强度为5～9KV/mm)和优异的机械性能。本专利技术的技术方案：本专利技术要解决的第一个技术问题是提供一种绝缘热界面材料，所述绝缘热界面材料是由绝缘导热层和导电导热层通过交替分布形成的具有多层结构的界面材料，其中，绝缘导热层由陶瓷基导热填料填充硅橡胶制备得到，导电导热层由碳基导热填料填充硅橡胶制备得到；所述多层结构中的多层为2n层，n≥1。进一步，所述硅橡胶指能够通过添加硫化剂进行高温硫化的线性高聚合度的聚有机硅氧烷(5000～10000硅氧烷链节)。进一步，所述硅橡胶选自：甲基乙烯基硅橡胶，二甲基硅橡胶，甲基苯基乙烯基硅橡胶或氟硅橡胶。其中甲基乙烯基硅橡胶的乙烯基摩尔分数为0.05％～1％，当乙烯基摩尔分数为0.05％～0.15％时为低硬度硅橡胶，当乙烯基摩尔分数为0.15％～0.35％时为低压缩永久变形硅橡胶，当乙烯基摩尔分数为0.35％～1％时为高撕裂强度硅橡胶。进一步，所述陶瓷基导热填料选自：氧化铝、碳化硅、氮化硼纳米片或氮化硼中的至少一种。进一步，所述碳基导热填料选自：石墨烯微片、石墨烯、碳纤维和碳纳米管中的至少一种。进一步，绝缘导热层中陶瓷基填料与硅橡胶的比例为：硅橡胶100重量份，陶瓷基导热填料20～300重量份。进一步，绝缘导热层中碳基导热填料与硅橡胶的比例为：硅橡胶100重量份，碳基导热填料20～300重量份。进一步，所述绝缘热界面材料的层数为2～128，每一层的厚度为0.001～2mm。由于最终绝缘热界面材料的击穿电压会随着层数增加而降低，导热系数则会随着每一层厚度的减小而增加，因为导热填料取向更加明显；因此为了保证所得材料的击穿电压和导热系数在正常的使用范围内，限定绝缘热界面材料的层数为2～128，每一层的厚度为0.001～2mm。本专利技术要解决的第二个技术问题是提供上述绝缘热界面材料的制备方法，所述制备方法为：硅橡胶中分别加入陶瓷基填料和碳基填料共混制得共混胶白料和共混胶黑料；再将共混胶白料和共混胶黑料压制成片材；然后将一片白料片材和一片黑料片材压制成具有两层结构的片材，具有两层结构的片材切割、重叠在一起压制得具有四层结构的片材，具有四层结构的片材切割、重叠在一起压制得具有八层结构的片材；依次类推，利用相同的制备方法制得具有2n层结构的片材；最后将具有2n层结构的片材通过硫化制得2n层绝缘热界面材料；其中，n≥1。进一步，上述方法中，片材切割后重叠时白料片材和白料片材是交替分布的。进一步，上述绝缘热界面材料的制备方法为：当n＝1，绝缘热界面材料的层数为2层时，所述制备方法为：先将硅橡胶与陶瓷基填料共混得共混胶白料，硅橡胶与碳基填料共混得共混胶黑料；再将共混胶白料和共混胶黑料分别压制成白料片材和黑料片材；然后将一片白料片材和一片黑料片材通过冷压制得白料片材与黑料片材交替分布的冷压未硫化两层片材；最后将两层片材通过硫化制得两层绝缘热界面材料；当n>1，绝缘热界面材料的层数为2n层时，所述制备方法为：将上述冷压未硫化两层片材(即n＝1时由一片白料片材和一片黑料片材通过冷压制备得到的白料片材与黑料片材交替分布的冷压未硫化两层片材)切割成尺寸相同的两片，然后重叠并冷压制成白料片材和黑料片材交替分布的四层片材材料；再将四层片材材料切割成尺寸相同的两片，然后重叠并冷压制成白料片材和黑料片材交替分布的八层片材材料；依次类推，利用相同的方法制得2n层片材材料；2n层片材材料最后通过硫化制得2n层绝缘热界面材料。进一步，上述方法中，硅橡胶与陶瓷基填料共混得共混胶白料的方法为：先将硅橡胶、硫化剂，气相二氧化硅和二甲基硅氧烷低聚物在双辊开炼机混合均匀得共混胶，然后加入陶瓷基填料混合均匀即可。进一步，上述方法中，硅橡胶与碳基填料共混得共混胶黑料的方法为：先将硅橡胶、硫化剂，气相二氧化硅和二甲基硅氧烷低聚物在双辊开炼机混合均匀得共混胶，然后加入碳基填料混合均匀即可。进一步，上述方法中，所述硫化剂为2,5-二甲基-2,5-双(过氧化叔丁基)己烷，过氧化二乙丙苯，过氧化二叔丁基和过氧化苯甲酸叔丁酯中的一种。进一步，上述方法中，硅橡胶、硫化剂、气相二氧化硅和二甲基硅氧烷低聚物的比例为：硅橡胶100重量份，硫化剂0.2～5重量份，气相二氧化硅0～20重量份，二甲基硅氧烷低聚物：0～15重量份。进一步，上述制备方法中，未硫化硅橡胶片材的冷压是在平板硫化机中利用模具制得，所述冷压工艺中，冷压压力为2～10MPa，冷压时间为0.5～5分钟；模具模槽的长宽和厚度分布为50～1000mm，50～1000mm和0.5～5mm，模具模槽的尺寸就是未硫化硅胶片材的尺寸。进一步，上述制备方法中，硫化工艺分为一次硫化和二次硫化，一次硫化的温度，时间和压力分别为120～180℃，5～30分钟和5～20MPa；二次硫化是在高温烘箱中进行的，硫化的温度和时间分别为160～220℃和2～8小时。本专利技术与现本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种绝缘热界面材料，其特征在于，所述绝缘热界面材料是由绝缘导热层和导电导热层通过交替分布形成的具有多层结构的界面材料，其中，绝缘导热层由陶瓷基导热填料填充硅橡胶制备得到，导电导热层由碳基导热填料填充硅橡胶制备得到；所述多层结构中的多层为2n层，n≥1。

【技术特征摘要】
1.一种绝缘热界面材料，其特征在于，所述绝缘热界面材料是由绝缘导热层和导电导热层通过交替分布形成的具有多层结构的界面材料，其中，绝缘导热层由陶瓷基导热填料填充硅橡胶制备得到，导电导热层由碳基导热填料填充硅橡胶制备得到；所述多层结构中的多层为2n层，n≥1。2.根据权利要求1所述的绝缘热界面材料，其特征在于，所述硅橡胶指能够通过添加硫化剂进行高温硫化的线性高聚合度的聚有机硅氧烷；进一步，所述硅橡胶选自：甲基乙烯基硅橡胶，二甲基硅橡胶，甲基苯基乙烯基硅橡胶或氟硅橡胶。3.根据权利要求1或2所述的绝缘热界面材料，其特征在于，所述陶瓷基导热填料选自：氧化铝、碳化硅、氮化硼纳米片或氮化硼中的至少一种；所述碳基导热填料选自：石墨烯微片、石墨烯、碳纤维和碳纳米管中的至少一种。4.根据权利要求1～3任一项所述的绝缘热界面材料，其特征在于，绝缘导热层中陶瓷基填料与硅橡胶的比例为：硅橡胶100重量份，陶瓷基导热填料20～300重量份；绝缘导热层中碳基导热填料与硅橡胶的比例为：硅橡胶100重量份，碳基导热填料20～300重量份。5.根据权利要求1～4任一项所述的绝缘热界面材料，其特征在于，所述绝缘热界面材料的层数为2～128，每一层的厚度为0.001～2mm。6.权利要求1～5任一项所述的绝缘热界面材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法为：硅橡胶中分别加入陶瓷基填料和碳基填料共混制得共混胶白料和共混胶黑料；再将共混胶白料和共混胶黑料压制成片材；然后将一片白料片材和一片黑料片材压制成具有两层结构的片材，具有两层结构的片材切割、重叠在一起压制得具有四层结构的片材，具有四层结构的片材切割、重叠在一起压制得具有八层结构的片材；依次类推，利用相同的制备方法制得具有2n层结构的片材；最后将具有2n层结构的片材通过硫化制得2n层绝缘热界面材料；其中，n≥1。7.根据权利要求6所述的绝缘热界面材料的制备方法，其特征在于，所述述绝缘热界面材料的制备方法为：当n＝1...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨伟，冯昌平，白露，包睿莹，刘正英，杨鸣波，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川,51