[发明专利]一种氧化石墨烯改性复合型导热硅橡胶及其制备方法

说明书

技术领域

    本发明涉及硅橡胶技术领域，特别涉及一种氧化石墨烯改性复合型导热硅橡胶及其制备方法。

背景技术

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，发热元件的散热已成为一个突出问题。如果积聚的热量不能及时散出，将导致元件工作温度升高，直接影响到各种高精密设备的寿命和可靠性。在电子原件封装过程中，为了更好地降低器件组装时存在的热阻，提高整体传热能力，需要在传热部件和散热部件之间使用热界面材料(TIM)，将其制成柔软的导热贴片可以较好地贴合在发热部件和散热部件之间，既可使二者紧密贴合，起到减震作用，又可以解决缝隙中空气热导率低，影响散热的问题。导热硅橡胶具有优异的绝缘性能，同时能够快速有效地散除电子设备产生的热量，提高电子设备的使用寿命和工作效率。高导热率硅橡胶主要是填充型导热橡胶，由高分子基体和高导热填料组成，其中导热填料是主要的导热载体。如何选择合适的导热填料及使其在体系中形成与热流方向平行的导热网链是提高导热性能的关键。由于高导热硅橡胶的主体仍是硅树脂，其受热膨胀系数较大，将会对电子元件的的各个组成部分造成较大的压力，导致电子元件变形或者损坏，因此如何降低膨胀系数是高导热率硅橡胶面临的另一关键问题。常用高导热率填料中AlN导热系数非常高，但是价格昂贵，通常每公斤在千元以上；而且吸潮后会与水发生水解反应，产生的Al(OH)3会使导热通路产生中断，进而影响声子的传递，因此做成品后热导率偏低，即使用硅烷偶联剂进行表面处理，也不能保证100%填料表面被包覆。单纯使用AlN，虽然可以达到较高的热导率，但体系粘度急剧上升，严重限制了产品的应用领域。BN导热系数非常高，性质稳定，但是价格很高，市场价从几百元到上千元，虽然单纯使用BN可以达到较高的热导率，但与AlN类似，大量填充后体系粘度急剧上升，严重限制了产品的应用领域。国外有生产球形BN，产品粒径大，比表面积小，填充率高，不易增粘，但价格极高。因此都不适用于工业级应用。石墨烯以其独特的结构，导热系数高达5300 W/mK，高于碳纳米管和金刚石。氧化石墨烯表面富含羟基，保留了石墨烯的所有优良特性，且易于进行表面改性，添加极少量进行改性即可大幅度提高复合材料的综合性能。同时因无机纳米粒子具有极低的热膨胀系数，借助其与硅橡胶基体之间强的相互作用可以有效降低基体的热膨胀系数。石墨烯与硅树脂分子接触的比表面积非常大，其相互作用力也很大，故对硅树脂分子的牵制力加强，抑制了硅树脂分子的热膨胀，因此添加石墨烯填料复合材料的膨胀系数(CTE)比较小，石墨烯/硅树脂复合材料的CTE随填料用量增加显著降低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种以含有乙烯基链节的有机聚硅氧烷为基胶，高质量的氧化石墨烯和SiO₂为填料，含羟基及乙烯基的MQ硅树脂为添加剂，有机氢聚硅氧烷为交联剂，铂配合物为催化剂的高导热低膨胀复合型硅橡胶及其制备方法。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种氧化石墨烯改性复合型导热硅橡胶，包括组份及其质量份数如下，有机聚硅氧烷           60-100份，二氧化硅10-50份，氧化石墨烯0.5-1份，MQ硅树脂5-30份，有机氢聚硅氧烷         1-10份，炔醇类抑制剂0.001-0.01份，铂催化剂0.1-2份。

一种上述的氧化石墨烯改性复合型导热硅橡胶的制备方法，包括以下步骤：

(1)采用Hummers法制备氧化石墨烯：以质量份数计，将230-500份强酸置于冰水浴中，搅拌下加入10-25份原生石墨粉与5-10份硝酸钠，搅拌25-30分钟；加入30-60份氧化剂，反应1-1.5h；移至30-35℃水浴中搅拌，加入460-500份去离子水稀释，温度升至90-95℃；搅拌15-20分钟后，补加去离子水500-750份，加入25-50份质量浓度为25-30%的H₂O₂溶液，待到反应液的颜色为金黄色；用去离子水洗涤，加入3-5份质量浓度为35-36.5%的HCl溶液；用去离子水反复洗涤，直至pH=6.5-7.5为止，最后将洗好的氧化石墨悬浮液抽滤，得到干燥的氧化石墨烯；所述氧化石墨烯采用硅烷偶联剂进行部分表面改性；所述强酸为浓硫酸、浓盐酸、浓硝酸、浓磷酸、浓高氯酸中的一种或多种；所述氧化剂为高锰酸钾、氯酸钾和重铬酸钾中的一种或多种； 所述硅烷偶联剂为KH550、KH560、KH570中的一种或多种；