一种导热结构胶及其制备方法与流程

本发明属于胶粘剂，尤其涉及一种导热结构胶及其制备方法。

背景技术：

1、导热结构胶是一种特殊设计用于导热的胶黏剂，其主要目的是在连接器件或结构的同时，能够有效地传导热量，以维持组件的温度稳定性。这种胶黏剂应用范围广泛，涵盖了电子器件、电源模块、led灯具等多个领域。随着电子设备不断进步和功率密度的提高，热管理问题日益突出。电子器件在工作时会产生大量热量，如果不能有效地散热，可能导致设备性能下降、寿命减短甚至故障。因此，研发一种能够在连接器件的同时实现优异导热性能的结构胶，成为解决热管理挑战的一项关键技术。导热结构胶通常采用的基础材料如环氧树脂、聚酰亚胺、聚氨酯、硅胶等，通过合理的配方和工艺处理，使其既具备良好的机械性能和导热性。在导热结构胶的研发中，关键技术包括寻找合适的导热填料，调整成分比例，确保材料在各种工况下都具备优异的性能。旨在提高导热结构胶的整体性能，以满足现代电子器件对热管理的日益增长的需求。

2、中国专利cn113667443a公开了一种双组分聚氨酯导热结构胶及其制备方法，包括a组分和b组分；其中，a组分包括：多亚甲基多苯基异氰酸酯封端聚合物、导热填料、触变剂、降粘剂；b组分包括：生物基多元醇、触变剂、改性导热填料、催化剂；该专利的导热结构胶采用特定含量组分实现整体较好的相互作用，使产品同时具有较好的粘接强度和导热系数，当粘接电池电芯pet蓝膜与3003铝材时，粘接破坏形式达到材质破坏，完全固化后导热系数可满足软包电池电芯粘接导热要求。中国专利cn114806484a公开了一种双组分聚氨酯导热结构胶及其制备方法，包括主剂和固化剂，其中，主剂的制备原料包括：多元醇树脂、润湿性分散剂、促进剂、偶联剂；固化剂的制备原料包括：预聚体树脂、除水剂、无机粉体，无机粉体选自三氧化二铝；该专利的导热结构胶可以将铝板和pet基材较好的粘结起来，在室温下快速固化形成韧性良好的结构胶，满足在新能源汽车中的使用。本发明在此基础上通过对导热填料进行功能化处理，进一步改善了结构胶的导热性能和力学性能。

技术实现思路

1、为实现上述目的，本发明提供了一种导热结构胶，通过加入功能化导热填料提高结构胶的导热性能并赋予其优异的阻燃性能，同时保证结构胶具有良好的力学性能。本发明还提供了上述导热结构胶的制备方法。

2、本发明采用的技术方案是：

3、一种导热结构胶，由a组份与b组份以重量比1-5:1-5组成。

4、所述a组份由以下重量份原料组成：20-50重量份二环己基甲烷-4,4'-二异氰酸酯、50-80重量份功能化导热填料、1-2重量份气相二氧化硅、0.3-0.8重量份分子筛；

5、所述b组份由以下重量份原料组成：50-80重量份聚四氢呋喃二醇、1-3重量份扩链剂、1-2重量份气相二氧化硅、0.3-0.8重量份分子筛、0.1-0.2重量份催化剂。

6、本发明采用的功能化导热填料其制备方法涉及几个关键步骤，每个步骤使用的原材料都具有特定的作用，共同贡献于最终功能化导热填料的优良性能，可归纳为三方面：一、通过对碳化硅进行多步处理，增强其导热性能，使结构胶的导热效率提高；二、优化纳米尺度碳化硅使其在结构胶基体中具有更好的分散性，从而提高整体结构胶的导热均匀性，增强碳化硅与聚合物基体间的界面结合力，有助于降低界面热阻，进一步提高导热性能；三、通过引入有机膦和锌离子提升结构胶的阻燃性能。

7、所述功能化导热填料的制备方法为：

8、步骤一：将2-8重量份碳化硅加入到80-100重量份混合溶剂中，在500-1000w、20-50khz下超声1-3h，过滤，干燥，得到预处理碳化硅；所述混合溶剂由正丁醇、二甲基亚砜、n-甲基吡啶烷酮以重量比为1:1-3:1-3组成；

9、步骤二：将2-8重量份预处理碳化硅、0.1-0.5重量份十二烷基硫酸钠加入到50-80重量份水中混合均匀，得到混合液；

10、步骤三：将1-3重量份二乙烯三胺五亚甲基膦酸钠加入到40-50重量份水中，将ph调至中性后加入步骤二得到的混合液搅拌均匀，在搅拌下加入30-50重量份1-5wt％氯化锌水溶液并搅拌5-10h，离心，洗涤，干燥，得到所述功能化导热填料。

11、本发明功能化导热填料制备过程中原料的具体作用如下：

12、碳化硅作为主要的导热填料，具有良好的导热性能。本发明在n-甲基吡啶烷酮的基础上，加入二甲基亚砜、正丁醇组成极性溶剂混合使用，用于分散和稳定碳化硅颗粒，这种极性溶剂的组合有助于在超声处理中更有效地剥离碳化硅，得到稳定的纳米尺度碳化硅，从而提高其在树脂基体中的分散性和导热性能。其中，二甲基亚砜的高介电常数有助于打破碳化硅颗粒间的范德华力，从而促进其分散；n-甲基吡啶烷酮的结构使其能与碳化硅颗粒的表面发生较强的相互作用，有助于进一步分散碳化硅颗粒，并在超声处理过程中维持颗粒的稳定分散；正丁醇的加入能够调节整个溶剂混合物的极性和粘度，使其更适合于碳化硅的分散和超声处理。这三种溶剂混合使用能够产生一个具有适宜极性和粘度的介质，有助于碳化硅颗粒的有效分散，高极性的n-甲基吡啶烷酮和二甲基亚砜能够打破碳化硅颗粒间的相互吸引力，而正丁醇的加入则调节整体溶液的物理性质，使其更适合超声处理，为碳化硅提供一个高效的介质，有助于其分散并最大限度地接受超声波的能量。以上述极性溶剂的组合作为介质并通过超声对碳化硅进行预处理，处理后得到稳定的纳米尺度碳化硅在树脂基体中分散性更好，有助于形成均匀的导热网络结构，提供更多热传导路径，并且在微观尺度上减少了界面热阻，可以更有效地利用其高导热性，避免热传导的局部聚集和不均匀性。此外，稳定分散的纳米尺度碳化硅具有更大的有效比表面积，这意味着它能提供更多的热传导路径，热量可以通过这些导热通道更有效地传递，从而提高整体导热效率。

13、十二烷基硫酸钠作为表面活性剂，用于改善预处理碳化硅的润湿性和分散性，防止凝聚和沉积，这有助于步骤三中功能化改性的进行。二乙烯三胺五亚甲基膦酸钠与锌离子有效结合，通过螯合作用形成稳定的金属锌-有机膦络合物，然后均匀包裹在纳米碳化硅表面，一方面引入的有机膦酸可以进一步降低界面热阻，提高碳化硅的导热性能，另一方面金属锌-有机膦络合物中锌离子与有机膦链之间可以发挥协同阻燃作用，显著提高结构胶的阻燃性能。其中，二乙烯三胺五亚甲基膦酸钠提供多个电子对与锌离子形成稳定的配位键，由于二乙烯三胺五亚甲基膦酸钠与锌离子的多点结合，所形成的络合物具有较高的稳定性，这种稳定性是因为多点结合减少了金属离子被置换出络合物的概率，通过螯合作用锌离子也能均匀地分布在碳化硅的表面；在高温条件下锌离子可以与燃烧产生的气体相互作用，生成一些具有抑制火焰传播作用的化合物，这种气相阻断机制有助于降低火焰的温度和火焰的可燃性，在高温下锌离子也可以与氧气反应生成氧化锌层，能够在材料表面形成一层保护膜，防止氧气的进一步渗透，从而降低燃烧反应的进行，而且锌离子可以在高温下影响热解反应，减缓材料分解的速度，从而降低可燃气体的生成。锌离子与二乙烯三胺五亚甲基膦酸钠形成的络合物不仅提供了导热路径，还因其独特的化学结构在高温下发挥阻燃作用，这种协同效应使得导热填料在提高导热性能的同时，也显著增强了材料的安全性能。这种功能化导热填料不仅能有效传导热量，还能在极端条件下防止火灾的发生和蔓延，这使得它在高风险环境中特别有价值。

14、优选的，所述碳化硅为立方碳化硅，粒径为0.5-1μm。

15、优选的，所述扩链剂为乙二醇、二乙二醇、丙二醇、丁二醇、二丙二醇中任意一种。

16、优选的，所述催化剂为二月桂酸二丁基锡、乙二醇锑、异辛酸铋、三乙烯二胺、二甲基苄胺中任意一种。

17、优选的，所述分子筛为3a分子筛。

18、本发明还提供了一种导热结构胶的制备方法，包括以下步骤：

19、(1)真空条件下将a组份中的各原料混合均匀，密封保存；真空条件下将b组份中的各原料混合均匀，密封保存；

20、(2)将a组份和b组份混合，得到导热结构胶。

21、本发明的有益效果：

22、本发明制备的导热结构胶具有优异的导热性能和阻燃性能，同时还保证了结构胶良好的力学性能。其中，本发明采用的功能化导热填料以碳化硅作为基础材料，先采用由正丁醇、二甲基亚砜、n-甲基吡啶烷酮组成的混合极性溶剂作为介质进行超声预处理，得到稳定的纳米尺度碳化硅分散性更好，有助于形成均匀的导热网络结构，可以更有效地利用其高导热性，避免热传导的局部聚集和不均匀性，再采用二乙烯三胺五亚甲基膦酸钠与锌离子螯合形成稳定的金属锌-有机膦络合物均匀包裹在纳米碳化硅表面，一方面引入的有机膦酸可以进一步降低界面热阻，提高碳化硅的导热性能，另一方面金属锌-有机膦络合物中锌离子与有机膦链之间可以发挥协同阻燃作用，显著提高结构胶的阻燃性能。