一种有机硅石墨复合热界面材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种有机硅石墨复合热界面材料及其制备方法和应用，所述有机硅石墨复合热界面材料包括具有蜂窝结构的石墨骨架以及填充在蜂窝结构内的有机硅材料。本发明专利技术的热界面材料包括有机硅与蜂窝状石墨骨架，既保留了有机硅柔软的贴合性又具有石墨骨架良好的导热性，有机硅材料填充在石墨骨架的蜂窝结构内，使本发明专利技术的热界面材料在较低的填充密度下具有较高的纵向导热性能，并且蜂窝结构可以进一步提高有机硅材料的抗拉强度，以及延长在恶劣环境下的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种有机硅石墨复合热界面材料及其制备方法和应用
本专利技术属于热界面材料
，涉及一种有机硅石墨复合热界面材料及其制备方法和应用。
技术介绍
第五代移动通信(5G)是面向2020年信息社会需求的新一代移动通信系统，具有频谱利用率高、数据流量大、网络耗能低、可靠性高和时延短等特点，是物联网、无人驾驶、远程医疗、人工智能等新一代信息技术应用创新的基础。5G通信技术的突破和应用场景的扩大，将促进智能终端的革命性发展，给热界面材料产业发展带来了新的机遇。特别是随着智能终端不断向超高系统集成、小型化和高密度化发展，使得电子器件(尤其是功率器件)在工作过程中产生高密度的热量，造成电子产品的温度迅速上升及可靠性急剧下降。根据Arrhenius公式，温度每升高10℃，器件的寿命降低50％。因此，散热问题已成为新一代电子产品迫切需要解决的关键问题。热界面材料作为有效的散热解决手段，在热管理中起到了十分关键的作用，成为影响热管理技术未来发展的关键技术之一，引起了人们的广泛关注。有机硅热界面材料是用于发热部位和散热部位之间传递能量的主流材料，具有良好柔韧性、电绝缘性以及延展性，是电子设备中热传递材料的理想选择。然而，现有技术中的有机硅导热材料在有机硅中填充以高导热陶瓷颗粒，如氧化铝、氧化锌、石英粉、氮化铝、氮化硼、碳化硅等，存在着导热系数低(纵向热导率难以超过8W·m-1·K-1)、密度大、硬度高等问题。CN102746670A公开了一种用于大功率LED灯具封装的散热界面材料及其制备方法，该散热界面材料是由柔性AB双组分缩合型室温固化有机硅树脂作基体，加入二甲基硅油以及功能化石墨烯微片作为导热填料充分混合而成，制备时功能化石墨烯微片与硅树脂于双辊开炼机上充分混合，使功能化石墨烯均匀地分散在硅树脂基体内，从而制备出性能优异的散热界面材料，虽然降低了界面接触热阻，但是导热系数仍然不够高，难以满足随着电子工业的快速发展带来的功率密度的提升引起的散热问题。CN107686699A公开了一种导热界面材料和制备方法，该导热界面材料包括：石墨烯复合界面材料垫片、喷涂树脂、导热绝缘粉体；喷涂树脂和导热绝缘粉体的混合物，覆盖在石墨烯复合界面材料垫片上；其增加了导热界面材料的绝缘性，但是其热导率仍然较低且密度太大，无法满足应用要求。因此，急需开发一种高导热的有机硅热界面材料以保障5G通讯终端设备的稳定持续运行与应用普及。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种有机硅石墨复合热界面材料及其制备方法和应用，本专利技术提供的有机硅石墨复合热界面材料具有导热率高、密度轻并且强度较好的优点，尤其适用于新能源汽车、5G通信设备等轻量高导热化的应用需求。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：第一方面，本专利技术提供了一种有机硅石墨复合热界面材料，所述有机硅石墨复合热界面材料包括具有蜂窝结构的石墨骨架以及填充在蜂窝结构内的有机硅材料。本专利技术的热界面材料包括有机硅与蜂窝状石墨骨架，既保留了有机硅柔软的贴合性又具有石墨骨架良好的导热性，有机硅材料填充在石墨骨架的蜂窝结构内，使本专利技术的热界面材料在较低的填充密度下具有较高的纵向导热性能，并且蜂窝结构可以进一步提高有机硅材料的抗拉强度，以及延长其使用寿命，尤其是一些恶劣环境下的使用寿命。采用具有蜂窝结构的石墨作为骨架，蜂窝结构的石墨骨架实现了导热通路的一体化，可以显著降低传统技术中粉体之间导热网络通道的接触热阻，并实现导热通路的垂直排列，大大减少了导热材料的用量，从而获得了本专利技术的轻质高导热有机硅石墨热界面材料，可以有效解决应用产品的散热问题。优选地，所述有机硅材料的制备原料包括聚乙烯基硅氧烷、交联剂和催化剂。优选地，所述聚乙烯基硅氧烷、交联剂和催化剂的质量比为100:(1-25):(0.01-2.5)，例如100:2:0.05、100:5:0.1、100:8:0.5、100:10:1、100:15:1.5、100:20:2等。优选地，所述聚乙烯基硅氧烷为线型聚乙烯基硅氧烷、支链型聚乙烯基硅氧烷、树枝型聚乙烯基硅氧烷或微交联聚乙烯基硅氧烷。优选地，所述聚乙烯基硅氧烷的分子结构中至少含有两个脂肪族不饱和双键。优选地，所述聚乙烯基硅氧烷的分子结构中至少含有两个乙烯基。优选地，所述聚乙烯基硅氧烷的粘度为300-500000mPa·s，例如400mPa·s、500mPa·s、1000mPa·s、5000mPa·s、10000mPa·s、50000mPa·s、100000mPa·s、400000mPa·s等。优选地，所述交联剂为线型含氢硅油、环形含氢硅树脂或支化交联的含氢硅树脂中的任意一种或至少两种的组合。优选地，所述交联剂的分子结构中至少含有两个硅氢键。优选地，所述交联剂的粘度为10-10000mPa·s，例如50mPa·s、100mPa·s、120mPa·s、150mPa·s、200mPa·s、250mPa·s、400mPa·s、500mPa·s、800mPa·s、1000mPa·s、1200mPa·s、1500mPa·s、1800mPa·s、2000mPa·s、2500mPa·s、2800mPa·s等，进一步优选100-3000mPa·s。优选地，所述交联剂的含氢量为0.02-1.52％，例如0.05％、0.08％、0.1％、0.2％、0.5％、0.8％、1.0％、1.2％、1.4％、1.5％等。优选地，所述催化剂为稀土金属化合物、Ⅷ族的金属化合物或金属络合物、Ⅶ族的金属化合物或金属络合物中的任意一种或至少两种的组合，进一步优选铂系催化剂、铑系催化剂或钯系催化剂中的任意一种或至少两种的组合，更进一步优选Speier催化剂、Karstedt催化剂或Wilkinson催化剂中的任意一种或至少两种的组合，最优选Speier催化剂。优选地，所述Speier催化剂的Pt含量为100-5000ppm，例如200ppm、300ppm、500ppm、800ppm、1000ppm、2000ppm、3000ppm、4000ppm等。优选地，所述有机硅材料的制备原料还包括抑制剂和表面处理剂。优选地，所述抑制剂和表面处理剂与聚乙烯基硅氧烷的质量比为(0.2-3.0):(0.5-8.0):100，例如0.5:1:100、1:2:100、1.5:3:100、2:4:100、2.5:6:100等。优选地，所述抑制剂为炔醇类化合物和/或多乙烯基硅油。优选地，所述表面处理剂包括乙烯基硅烷偶联剂、环氧基偶联剂、丙烯酰氧基硅烷偶联剂、酞酸酯类偶联剂、锆酸酯类偶联剂、铝酸酯类偶联剂或铝酸酯类偶联剂水解物中的任意一种或至少两种的组合，进一步优选γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、3-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、3-(2,3环氧丙氧)丙基甲基二乙氧基硅烷、2-(3,4-环氧环己烷基)乙基三甲氧基硅烷、三硬脂酸钛酸异丙酯、钛酸正丁酯、双(乙酰丙酮基)乙氧基异丙氧基钛酸酯、双(三乙醇胺)二异丙基钛酸酯或四正丙基锆酸酯中的任意一种或至少两种的组合，更进一步优选3-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷。第二方面，本专利技术提供了根据第一方面所述的有机硅石墨复合热界面材料的制备方法，所述制备方法包括：将蜂窝结构的石墨骨架在有机硅材料胶液中浸胶并固化，得到所述有机硅石墨复合热界面材料。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种有机硅石墨复合热界面材料，其特征在于，所述有机硅石墨复合热界面材料包括具有蜂窝结构的石墨骨架以及填充在蜂窝结构内的有机硅材料。

【技术特征摘要】
1.一种有机硅石墨复合热界面材料，其特征在于，所述有机硅石墨复合热界面材料包括具有蜂窝结构的石墨骨架以及填充在蜂窝结构内的有机硅材料。2.根据权利要求1所述的有机硅石墨复合热界面材料，其特征在于，所述有机硅材料的制备原料包括聚乙烯基硅氧烷、交联剂和催化剂；优选地，所述聚乙烯基硅氧烷、交联剂和催化剂的质量比为100:(1-25):(0.01-2.5)。3.根据权利要求2所述的有机硅石墨复合热界面材料，其特征在于，所述聚乙烯基硅氧烷为线型聚乙烯基硅氧烷、支链型聚乙烯基硅氧烷、树枝型聚乙烯基硅氧烷或微交联聚乙烯基硅氧烷；优选地，所述聚乙烯基硅氧烷的分子结构中至少含有两个脂肪族不饱和双键；优选地，所述聚乙烯基硅氧烷的分子结构中至少含有两个乙烯基；优选地，所述聚乙烯基硅氧烷的粘度为300-500000mPa·s；优选地，所述交联剂为线形含氢硅油、环形含氢硅树脂或支化交联的含氢硅树脂中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述交联剂的分子结构中至少含有两个硅氢键；优选地，所述交联剂的粘度为10-10000mPa·s，进一步优选100-3000mPa·s；优选地，所述交联剂的含氢量为0.02-1.52％；优选地，所述催化剂为稀土金属化合物、Ⅷ族的金属化合物或金属络合物、Ⅶ族的金属化合物或金属络合物中的任意一种或至少两种的组合，进一步优选铂系催化剂、铑系催化剂或钯系催化剂中的任意一种或至少两种的组合，更进一步优选Speier催化剂、Karstedt催化剂或Wilkinson催化剂中的任意一种或至少两种的组合，最优选Speier催化剂；优选地，所述Speier催化剂的Pt含量为100-5000ppm。4.根据权利要求2或3所述的有机硅石墨复合热界面材料，其特征在于，所述有机硅材料的制备原料还包括抑制剂和表面处理剂；优选地，所述抑制剂和表面处理剂与聚乙烯基硅氧烷的质量比为(0.2-3.0):(0.5-8.0):100；优选地，所述抑制剂为炔醇类化合物和/或多乙烯基硅油；优选地，所述表面处理剂包括乙烯基硅烷偶联剂、环氧基偶联剂、丙烯酰氧基硅烷偶联剂、酞酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：张保坦，孙蓉，朱朋莉，
申请(专利权)人：深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：广东,44