加成型有机硅导热灌封胶的制备与性能研究

加成型有机硅导热灌封胶的制备与性能

研究

摘要:研究了常规氧化铝、球形氧化铝、氮化硼及其复配在加成型导热有机硅灌封胶中的应用。结果表明：常规氧化铝的填充量较低，难以制备导热系数大于 1.1W/(M·K)的有机硅灌封胶；氮化硼与常规氧化铝配合使用可显著提高有机灌封胶的导热性能，但对胶液的流动性影响较大；球形氧化铝可有效提高填充量，不同粒径复配使用的效果更好。以复配球形氧化铝作为导热填料，制备的有机硅灌封胶导热系数为2.08W/(M·K)且具有良好的工艺性能。

关键词:加成型；有机硅灌封胶；导热

引言

随着电子工业的快速发展，人们对灌封材料性能的要求也不断提高，不仅要有良好的流动性、电绝缘性能、力学性能、导热性能和耐候性，还要有优良的阻燃性能。虽然有机硅灌封胶材料氧指数较高、燃烧时无滴落、热释放速率和火焰传播速率较低，但仍具有可燃的缺点，特别容易阴燃，存在较大的安全隐患，在一定程度上限制了其在电子电器、航空航天、光电通讯和汽车工业等领域的应用。

1.

实验

1.1主要原材料和设备

（1）氯铂酸、无水乙醇及碳酸氢钠：分析纯，上海化学试剂有限公司；乙烯基硅油（粘度 1 000 mPa·s，乙烯基含量0.2%）及含氢硅油（粘度300 mPa·s、含氢量0.2%）：工业级，中蓝晨光化工研究院；气相法白炭黑：型号A200，德国DEGUSSA公司；DG-2000高功率超声分散仪：无锡德嘉电子有限责任公司；DHG-9057A电热恒温鼓风干燥箱、DZF-6210真空干燥箱。

（2）在附有回流冷凝管的三口烧瓶中，加入H2Pt-C16·6H20、2，4,6,8-四甲基-2,4,6,8-四乙烯基环四硅氧烷（V4）、C2H5OH及NaHCO 3，通入氮气，在60℃下加热搅拌回流 2 h，反应结束后，静置到室温，过滤，沉淀用乙醇洗涤，合并滤液及洗液，旋蒸去除溶剂后得铂-四甲基四乙烯基环四硅氧烷配合物催化剂。

1.2加成型有机硅灌封胶的制备

在乙烯基硅油中加入一定量的催化剂，搅拌均匀后再加入交联剂含氢硅油混合均匀，将该透明混合物注入自制模具中并放入真空干燥箱中抽真空一定时间，待气泡排尽，室温固化24h，即得加成型有机硅灌封胶。

1.3催化剂中的铂含量用原子吸收光谱测定仪测定。

1.4灌封胶的性能测试

交联密度采用平衡溶胀法测定，该方法是采用间接测定聚合物交联点间的有效链段平均分子量Mc的方法，其中Mc越小，交联密度越大；拉伸强度（TS）按照GB/T 528-2009用上海协强仪器制造有限公司CTM2200R型微机控制电子万能材料试验机进行测试；体积电阻率（ρv）按照GB/T1692-2008用北京冠测试验仪器有限公司GEST-121电阻测定仪进行测试；击穿电压用桂林电科院HT-50型击穿电压测试机测试。

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结果与讨论

2.1铂催化加成产物的红外分析

在产物加成型硅橡胶的红外图谱中，2 152 cm-1处Si－H和1 410 cm-1处Si-Vi（Vi代表乙烯基）的吸收峰明显减弱或消失，这是由于含氢硅油中的Si-H 和乙烯基硅油中的Si-Vi在铂配合物的催化作用下发生硅氢加成反应生成了 1 258 cm-1处的Si-Et，从而交联生成具有网络结构的硅橡胶。

2.2催化剂用量对有机硅灌封胶固化时间的影响

考察了铂催化剂用量对乙烯基硅油和含氢硅油加成反应催化活性的影响，结果见表1。铂催化剂在催化硅氢加成反应时的用量很少，参考文献中的用量。随着催化剂用量的增加，乙烯基硅油和含氢硅油交联体系的固化时间缩短。这是由于催化剂用量的增加，催化交联体系的反应速率加快，失粘时间减少。

表1催化剂用量对有机硅灌封胶固化时间的影响

2.3催化剂用量对有机硅灌封胶交联密度的影响

随着催化剂用量的增加，有机硅灌封胶相邻两个交联点之间的有效链平均分子量Mc呈先减小后基本保持不变的趋势，说明有机硅灌封胶的交联密度随着催化剂用量的增加先增加后保持不变。这是因为交联体系中乙烯基硅油的乙烯基和含氢硅油的硅氢键的量是一定的，在铂配合物催化下固化形成的交联点数目也是一定的，所以继续增加催化剂的用量，有机硅灌封胶的交联密度不再改变。

2.4催化剂用量对有机硅灌封胶电性能的影响

随着催化剂用量的增加，有机硅灌封胶的击穿电压和体积电阻率先增加，然后趋于恒定值。这是由于随着催化剂用量的增加，乙烯基硅油和含氢硅油交联体系的交联密度增大，有机硅灌封胶的击穿电压和体积电阻率随之增大，但当催化剂用量增加到一定量后，交联体系交联密度保持不变，所以有机硅灌封胶的击穿电压和体积电阻率也趋于恒定值。

2.5催化剂用量对有机硅灌封胶拉伸性能的影响

催化剂用量对有机硅灌封胶拉伸性能的影响，随着催化剂用量的增加，有机硅灌封胶的拉伸强度先增加后减小。这可能是由于催化剂用量较低时，有机硅灌封胶交联不完全，交联密度低，导致有机硅灌封胶的拉伸强度低；随着催化剂用量的增加，有机硅灌封胶的交联密度增加，拉伸强度得到增强；但当催化剂用量较高时，交联反应速率加快，体系的交联程度不均匀，从而使得有机硅灌封胶的拉伸强度有所下降。

2.6填料对力学性能的影响

添加了导热填料和复合阻燃填料的有机硅胶粘剂，固化后的胶体力学性能相较于单纯的基胶，有了很大变化。随着填料含量的增加，灌封胶的硬度逐渐变大。这是由于无机填料本身的硬度很大，加入体系中改善了有机硅本身的硬度小的缺点；随着填料含量的增加，灌封胶的断裂强度呈现先增加后减小的趋势。这是由于填料的加入一定程度上充当了体系增强剂的作用，添加量越大，这种作用愈发明显，当填料含量６０％的时候，断裂强度反而下降，是因为过大的添加量，使填料在体系中占据主导，有机硅橡胶本身的化学交联受到影响，填料之间的连接强度很低，因而体系强度下降；随着填料含量增加，灌封胶的断裂伸长率降低，这是由于，填料的加入使得体系的强度和硬度提高，但并没有改善韧性，相反影响了灌封胶的断裂伸长率。

1.

结论