一种导热有机硅灌封胶及其制备方法

本发明属于复合材料，具体涉及一种有机硅灌封胶及其制备方法。

背景技术：

1、新能源汽车的三大件主要是电机、电控和电池，其中，电机是新能源汽车最核心部件之一，驱动电机的稳定运行关系用车安全、乘用质量和汽车寿命。然而，随着车用驱动电机逐步向着轻型化、小型化、高功率密度方向发展以及运行环境越来越恶劣，对电机提出了更高的散热和防护要求，驱动电机的温升成为了电机能否长时间负载运行的关键影响因素。在驱动电机中使用有机硅灌封胶，能起到环境保护和机械支撑作用，同时高导热的有机硅灌封胶还能降低电机热点温度，有效提高指定电机尺寸下的功率/扭矩设计以及显著延长电机的使用寿命；此外，由于电机的灌封过程采用真空灌封或封装工艺，也要未固化的成型浆料具有良好的流动性能。车用电机灌封胶材料研究应用及工艺的探索必是目前新能源车性能提升改进的一个重要方向。

2、硅橡胶具有耐高低温、稳定、耐老化、耐化学腐蚀、易于加工的优良特性，但硅橡胶是热的不良导体，引入高导热填料制备聚合物基复合材料是目前广泛认同的提高材料整体导热性能的可行方法。而目前灌封胶研究都侧重于或突出某一方面性能的优化，而未考虑其他性能的平衡，但这些性能优化手段之间通常存在制约因素，譬如增加导热填料的填充量才能有效提高灌封材料的热导率、降低材料的热膨胀系数，然而这将导致复合体系黏度急剧增加，无法满足电机灌封材料的良好加工性能要求。例如，对单一球形导热填料填充的硅橡胶复合材料而言，要明显提高其导热性能，需要很大的填充量，这会导致粘度的大幅增加。如何保留导热复合材料良好流动性能的同时提高复合材料的导热性能，制备同时具有低粘度和高导热的导热有机硅灌封胶成为电机热管理技术领域的迫切需求和研究难点。

技术实现思路

1、本发明目的在于通过合适的组合填料策略构建连续有效的导热网络，提高复合材料的导热性能，同时减少对复合材料粘度的影响，保证良好的加工流动性能。

2、为达到上述目的，采用技术方案如下：

3、一种导热有机硅灌封胶，包含体积分数1％～30％的四针状氧化锌晶须、5％～60％的球形导热填料，其余为双组分加成型液体硅橡胶。

4、按上述方案，所述四针状氧化锌晶须的中心体平均直径为0.1～7μm，针状体平均长度为1～60μm，针状体的平均长径比为10～60。

5、按上述方案，所述球形导热填料为二氧化硅、氧化铝、氧化镁、氮化铝、氮化硼的任意一种或混合，平均粒径为20nm～150μm。

6、按上述方案，所述双组分加成型液体硅橡胶为组份a和组份b按重量比为1：1的混合；

7、组分a按重量份数计：乙烯基硅油50份，铂催化剂0.05～0.15份；

8、组分b按重量份数计：乙烯基硅油50份、含氢硅油0.1～1份、抑制剂0.2～1份。

9、按上述方案，所述的乙烯基硅油的粘度为0.5～5pa.s。

10、按上述方案，所述的含氢硅油的含氢量为0.1～1.5％。

11、按上述方案，所述的铂催化剂为氯铂酸与二乙烯基四甲基二硅氧烷的络合物。

12、按上述方案，所述的抑制剂为乙炔环己醇、二烯丙基甲酰胺、四甲基二乙烯基二硅氧烷、四甲基四乙烯基环四硅氧烷和顺丁二烯酸二烯丙酯中的任一种或者任意混合。

13、上述导热有机硅灌封胶的制备方法，包括以下步骤：

14、(1)使用硅烷偶联剂对四针状氧化锌晶须和球形导热填料进行表面处理；

15、(2)将表面处理后的四针状氧化锌晶须和球形导热填料加入双组分加成型液体硅橡胶中搅拌混合均匀；

16、(3)固化成型得到导热有机硅灌封胶。

17、按上述方案，所述硅烷偶联剂为氨丙基三乙氧基硅烷、氨丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、巯丙基三甲氧基硅烷和苯基三甲氧基硅烷中的任一种或者混合。

18、按上述方案，步骤(3)的固化温度为25℃～150℃，固化时间为0.5h～48h。

19、相对于现有技术，本发明有益效果如下：

20、本发明提供了一种零维球形导热填料与三维的四针状氧化锌晶须复配填充策略，其中，球形导热填料具有表面光滑和对树脂流动干扰小的优点，有利于改善复合材料的流动性能。而四针状氧化锌晶须是一种新型三维导热填料，本征热导率约为50w/m·k，并且具有空间立体结构，由中心向四周发散出四根针状晶须，高长径比的四针状氧化锌晶须能起到桥接球形导热填料的作用，进而形成连续的热传导网络。

21、本发明的导热有机硅灌封胶里面的球形导热填料具有表面光滑和形状规则的特点，相比无规则的颗粒填料，在剪切过程中能减少对基体树脂流场的干扰和流动阻力以及降低颗粒之间的摩擦阻力，是实现高填充含量的导热有机硅灌封胶具有良好流动性能的基础。此外，使用硅烷偶联剂对球形导热填料进行表面化学修饰，改善填料与有机硅树脂的界面相容性，降低填料-树脂界面热阻，并促进填料在基体中均匀分散。

22、本发明的导热有机硅灌封胶采用了二元填料填充策略，虽然球形导热填料对粘度的影响较小，但球形导热填料之间的接触方式是点接触，填料与填料的接触面积小，构建连续有效的导热网络能力比较弱等缺点。因此，添加高长径比的具有立体结构的四针状氧化锌晶须，能起到桥连球形氧化铝的作用，在有机硅树脂内部形成由二元组合填料组成的连续三维填料网络，进而明显提高有机硅灌封胶的导热性能。

23、本发明的导热有机硅灌封胶，二元填料在构建导热网络方面有独特优势，虽然第二填料的引入也会带来复合体系的粘度增加，但是导热提升的幅度要高于粘度增加比例，本发明提供的导热有机硅灌封胶相比传统的单一填料填充的导热有机硅灌封胶在导热性能和流动性能上具有更优的综合性能。

24、本发明的导热有机硅灌封胶的制备方法，采用机械搅拌与行星离心式混合相结合的方式，减少填料粒子的聚集，最大程度使填料均匀分散在基体中。填料都是商业化产品。并且制备方法和后续固化工艺流程简单，易于实现规模化和连续化生产。

技术特征：

1.一种导热有机硅灌封胶，其特征在于包含体积分数1％～30％的四针状氧化锌晶须、5％～60％的球形导热填料，其余为双组分加成型液体硅橡胶。

2.如权利要求1所述导热有机硅灌封胶，其特征在于所述四针状氧化锌晶须的中心体平均直径为0.1～7μm，针状体平均长度为1～60μm，针状体的平均长径比为10～60。

3.如权利要求1所述导热有机硅灌封胶，其特征在于所述球形导热填料为二氧化硅、氧化铝、氧化镁、氮化铝、氮化硼的任意一种或混合，平均粒径为20nm～150μm。

4.如权利要求1所述导热有机硅灌封胶，其特征在于所述双组分加成型液体硅橡胶为组份a和组份b按重量比为1：1的混合；

5.如权利要求4所述导热有机硅灌封胶，其特征在于所述的乙烯基硅油的粘度为0.5～5pa.s。

6.如权利要求4所述导热有机硅灌封胶，其特征在于所述的含氢硅油的含氢量为0.1～1.5％。

7.如权利要求4所述导热有机硅灌封胶，其特征在于所述的铂催化剂为氯铂酸与二乙烯基四甲基二硅氧烷的络合物。

8.如权利要求4所述导热有机硅灌封胶，其特征在于所述的抑制剂为乙炔环己醇、二烯丙基甲酰胺、四甲基二乙烯基二硅氧烷、四甲基四乙烯基环四硅氧烷和顺丁二烯酸二烯丙酯中的任一种或者任意混合。

9.权利要求1-9任一项所述导热有机硅灌封胶的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

技术总结本发明公开了一种导热有机硅灌封胶，其特征在于包含体积分数1％～30％的四针状氧化锌晶须、5％～60％的球形导热填料，其余为双组分加成型液体硅橡胶；所述四针状氧化锌晶须的中心体平均直径为0.1～7μm，针状体平均长度为1～60μm，针状体的平均长径比为10～60；所述球形导热填料为二氧化硅、氧化铝、氧化镁、氮化铝、氮化硼的任意一种或混合，平均粒径为20nm～150μm；本发明通过合适的组合填料策略构建连续有效的导热网络，提高复合材料的导热性能，同时减少对复合材料粘度的影响，保证良好的加工流动性能。技术研发人员：任小明,许欣欣,刘立桐,陈超,魏朝阳,尤俊,张群朝,施德安,代玉霞受保护的技术使用者：湖北大学技术研发日：技术公布日：2024/5/16