多种碳材料掺杂高导热有机硅胶粘剂及其制备方法技术

多种碳材料掺杂高导热有机硅胶粘剂及其制备方法，涉及一种有机硅胶粘剂及其制备方法。本发明专利技术是要解决现有的有机硅胶粘剂导热系数低的问题。该胶粘剂包括硅橡胶、硅油、碳粉、短切碳纤维、碳纳米管、表面活性剂、硅烷类偶联剂、炔醇类抑制剂和有机溶剂。方法：一、称取硅橡胶、硅油、碳粉、短切碳纤维、碳纳米管、表面活性剂、硅烷类偶联剂、炔醇类抑制剂和有机溶剂；二、将碳纳米管化学接枝到短切碳纤维；三、导热填料的表面处理；四、将硅橡胶、硅油通过开炼机混炼均匀后，再经三辊研磨机加入步骤三制得的导热填料，混炼均匀，然后混入硅烷偶联剂、炔醇类抑制剂及有机溶剂，即得高导热有机硅胶粘剂。本发明专利技术用于制备有机硅胶粘剂。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种有机硅胶粘剂及其制备方法。
技术介绍
随着航天科学技术的迅速发展，对导热材料提出了更新、更高的要求。高效率热传 输技术是航天器热控制的重要手段。随着航天器内部元器件及整星功耗的增加，原有的热 传输技术需要进行能力提升或开发新的高效率热传输技术;新型有效载荷的发展和应用要 求热传输技术提高适应能力，拓宽适用范围。高导热率硅橡胶材料，可以替代以铜、铝为基 础的热传输产品，以满足有效载荷内部高集成度元器件对高热流密度散热的需求。并且，随 着微电子技术的发展，电子元件向薄、轻、小、多功能化方向变化，元件组装密度越来越高， 发热元件的散热己成为一个突出问题。因而，高导热率硅胶的研究具有重要意义。加成型机硅胶粘剂，其具有优良的耐高、低温性、粘接性能、电绝缘性，防潮性，化 学稳定性以及无小分子放出、耐臭氧、耐紫外线、防火、无毒等特点，具有广泛的用途。同大 多数聚合物一样，其导热性能差，一般的本体硅橡胶的导热系数只有〇.20W/(m·K)。碳材料 普遍具有高导热率的优点，改性后与有机硅胶的相容性较好，是优良的导热填料。 现有的加成型有机硅胶粘剂导热系数低且不稳定，加工性能差，生产成本高，有待 进一步的改进、完善，以拓宽其运用领域。
技术实现思路
本专利技术是要解决现有的有机硅胶粘剂导热系数低的问题，提供多种碳材料掺杂高 导热有机硅胶粘剂及其制备方法。 本专利技术多种碳材料掺杂高导热有机硅胶粘剂按重量份数包括150~250份硅橡胶、 50~150份硅油、30~50份碳粉、15~20份短切碳纤维、6~16份碳纳米管、60~90份表面活 性剂、8~11份硅烷类偶联剂、2~4份炔醇类抑制剂和50~80份有机溶剂。 所述硅橡胶为甲基乙烯基硅橡胶，其中乙烯基含量为0.01 %~3%。 所述硅油为乙烯基硅油、含氢硅油中的一种或两种按任意比组成的混合物，乙烯 基硅油中乙烯基含量为0.01 %~3 %，含氢硅油中含氢量为0.05 %~1.8 %。 所述碳粉的尺寸为1~20μπι。 所述短切碳纤维的尺寸为3~10mm。所述表面活性剂为二甲基甲酰胺。 所述硅烷类偶联剂为KH550、KH560、KH570中的一种或几种按任意比组成的混合 物。所述炔醇类抑制剂为乙炔醇、丙炔醇、苯乙炔、乙炔基环已醇中的一种或几种按任 意比组成的混合物。所述有机溶剂为正己烷或石油醚。上述多种碳材料掺杂高导热有机硅胶粘剂的制备方法，其包括如下步骤： 一、按重量份数称取150~250份硅橡胶、50~150份硅油、30~50份碳粉、15~20份 短切碳纤维、6~16份碳纳米管、60~90份表面活性剂、8~11份硅烷类偶联剂、2~4份炔醇 类抑制剂和50~80份有机溶剂；二、将碳纳米管化学接枝到短切碳纤维:首先用浓硝酸:浓硫酸按体积比为(0.3~ 3): 1组成的混酸溶液对碳纳米管和短切碳纤维进行酸处理4~16h;将酸处理后的碳纳米管 及短切碳纤维酰氯化处理24~72h;再将酰氯化的碳纳米管进行胺功能化处理48~72h;在 60~80°C条件下，将胺功能化的碳纳米管和酰氯化的短切碳纤维在表面活性剂作用下反应 24~72h，得到碳纳米管接枝短切碳纤维导热填料； 三、导热填料的表面处理:将表面活性剂加入到去离子水中，表面活性剂与水的质 量比为(0.1~3): 100,得到200mL含有表面活性剂的水溶液;然后在搅拌条件下加入碳粉和 步骤二所得碳纳米管接枝短切碳纤维导热填料，搅拌0.5~2小时后再超声处理30~60分 钟，得到导热填料的悬浮液，再经过滤、干燥得到表面活性剂处理的导热填料； 四、将硅橡胶、硅油通过开炼机混炼均匀后，再经三辊研磨机加入步骤三制得的导 热填料，混炼均匀，然后混入硅烷偶联剂、炔醇类抑制剂及有机溶剂，即得高导热有机硅胶 粘剂。 本专利技术的有益效果如下： 本专利技术制备的有机硅胶粘剂导热系数高(可达到3.6~5.3W/(m·K))。 本专利技术制备的有机硅胶粘剂稳定性好，按GB/T11211硫化橡胶与金属粘合强度的 测定方法进行测定，室温下测试其粘接强度超过2.2MPa，胶粘剂粘接金属与娃橡胶经过200 °CX200h和250°CX200h老化后，分别在200°C、250°C测试其粘接强度仍在1.IMPa以上。本专利技术制备的有机硅胶粘剂使用方便，通过添加溶剂，粘度可调，可满足直接涂 刷，灌注，喷涂等工艺，且可室温固化，固化过程不需要压力。聚合物由于分子链的无规缠结，分子量多分散性及分子链振动对声子的散射，导 致无法形成完整晶体，导热系数很低。对于掺杂型导热高聚物，当导热填料达到一定的比例 时，导热填料之间会形成某种网状或者链状的导热链，在导热链的取向与热流方向达到一 致时，高分子复合材料具有很好的导热性能。在本专利技术中，所使用的导热填料具有优异的导 热性能，长度大于l〇nm的碳纳米管，其导热系数大于2800W/(m·K)，理论预测室温下甚至可 达6000WAm·K)。碳纤维导热系数400~700WAm·K)，鳞片状碳粉导热系数可达1500~ 3000W/(m·K)(平面层内导热）。碳纳米管具有大的长径比、短切纤维彼此易接触。使用不同 的偶联剂、表面处理剂对导热填料进行表面处理，使得硅橡胶与导热填料的相容性得到一 定的提高。在三辊研磨机剪切力的作用下，导热填料处于均匀分散的状态。有利于导热填料 在硅橡胶中构成有效的复合导热网络。【具体实施方式】本专利技术技术方案不局限于以下所列举【具体实施方式】，还包括各【具体实施方式】间的 任意组合。【具体实施方式】一:本实施方式多种碳材料掺杂高导热有机硅胶粘剂按重量份数包 括150~250份硅橡胶、50~150份硅油、30~50份碳粉、15~20份短切碳纤维、6~16份碳纳 米管、60~90份表面活性剂、8~11份硅烷类偶联剂、2~4份炔醇类抑制剂和50~80份有机 溶剂。【具体实施方式】二:本实施方式与【具体实施方式】一不同的是:所述硅橡胶为甲基乙 烯基硅橡胶，其中乙烯基含量为〇. 01 %~3%。其它与【具体实施方式】一相同。【具体实施方式】三:本实施方式与【具体实施方式】一或二不同的是:所述硅油为乙烯 基硅油、含氢硅油中的一种或两种按任意比组成的混合物，乙烯基硅油中乙烯基含量为 0.01%~3%，含氢硅油中含氢量为0.05%~1.8%。其它与【具体实施方式】一或二相同。 本实施方式的乙烯基含量和含氢量是指摩尔含量。【具体实施方式】四：本实施方式与【具体实施方式】一至三之一不同的是:所述碳粉的 尺寸为1~20μπι。其它与【具体实施方式】一至三之一相同。【具体实施方式】五:本实施方式与【具体实施方式】一至四之一不同的是:所述短切碳 纤维的尺寸为3~10_。其它与【具体实施方式】一至四之一相同。【具体实施方式】 六:本实施方式与一至五之一不同的是:所述表面活 性剂为二甲基甲酰胺。其它与一至五之一相同。【具体实施方式】 七:本实施方式与一至六之一不同的是:所述硅烷类 偶联剂为ΚΗ550、ΚΗ560、ΚΗ570中的一种或几种按任意比组成的混合物。其它与具体实施方 式一至六之一相同。【具体实施方式】 八:本实施方式与一至七之一不同的是:所述炔醇类 抑制剂为乙炔醇、丙炔醇、苯乙炔、乙炔基环已醇中的一种或几种本文档来自技高网...

【技术保护点】
多种碳材料掺杂高导热有机硅胶粘剂，其特征在于该胶粘剂按重量份数包括150～250份硅橡胶、50～150份硅油、30～50份碳粉、15～20份短切碳纤维、6～16份碳纳米管、60～90份表面活性剂、8～11份硅烷类偶联剂、2～4份炔醇类抑制剂和50～80份有机溶剂。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘丽，钟正祥，张炫峰，徐慧芳，姜波，黄玉东，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23