[发明专利]一种导热型陶瓷化硅橡胶材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种导热型陶瓷化硅橡胶材料及其制备方法。该材料由复合瓷化填料、阻燃剂以及硫化剂加入到硅橡胶基体中硫化得到；所述的复合瓷化填料由球磨产物分散在去离子水中，无机酸调节pH至弱酸性后经硅烷偶联剂和助熔剂改性获得，球磨产物是由氮化硼在球磨助剂辅助下球磨所得。该材料在常温下具有良好的弹性、力学性能、导热性能和阻燃性能，在高温下能够快速成瓷，形成具有自支撑性的陶瓷体，材料制备工艺简便，制备过程无毒无污染，适合工业化生产。

技术领域

本发明涉及一种陶瓷化硅橡胶材料，尤其是涉及一种导热型陶瓷化硅橡胶材料及其制备方法。

背景技术

陶瓷化硅橡胶是一种新型防火弹性体材料，其在常温下具有普通硅橡胶的高弹性、力学性能和绝缘性能，在高温或明火情况下能瓷化形成具有自支撑性的陶瓷体，起到防火阻燃的作用。陶瓷化硅橡胶的核心技术是瓷化体系的设计，这方面目前已经有诸多报道。其中，涉及的瓷化填料包括陶土、蒙脱土、云母、碳酸锂、六方氮化硼(h-BN)等。其中，六方氮化硼具有类石墨烯的层状结构，具有非常优异的导热性、耐热性和绝缘性。如中国发明专利201611255630.9公开了一种利用改性氮化硼制得导热硅橡胶的制备方法，其以乙烯基硅油为基体，改性氮化硼为填料，得到流动性好的导热硅橡胶，用于电子元器件的导热封装。

现有技术文献[任劲文,宋九强,傅华东,等.氮化硼/硅橡胶可瓷化复合材料的制备及性能研究.橡胶工业,2020,67(3):163-169.]以硅橡胶为基体，氮化硼为成瓷填料、短切碳纤维为补强填料，制备出硅橡胶可瓷化复合材料，发现当氮化硼用量为40份时，高温热解产物表面形成了坚硬、致密的陶瓷层，能够有效地阻止热量传递。

现有技术文献[Lee D,Lee B,Park K H,et al.Scalable exfoliation processfor highly soluble boron nitride nanoplatelets by hydroxide-assisted ballmilling.Nano letters,2015,15(2):1238-1244.]公开了在氢氧化钠水溶液存在下高速球磨h-BN，即通过化学剥离与球磨剥离的协同效应，将h-BN剥离，同时形成羟基化氮化硼纳米片(OH-BNNPs)。这种方法可以获得大尺寸、少缺陷、相对较高产率的OH-BNNPs。

中国发明专利申请2020104031254公开一种精密零件的陶瓷材料配方，按重量份计，包括以下组分；氮化硼5-8wt％、氮化硅80-90wt％、有机材料10-20wt％，其中有机材料包含有热塑性树脂、增塑剂和偶联剂，热塑性树脂和增塑胶的配方比为5：7，偶联剂的重量为0.8～1％，助熔剂为页岩，助容剂采用硅灰石、白云石、滑石、石灰石其中一种，可以应用于日用陶瓷等领域，工艺简单，降低了烧成温度，降低了能耗和成本。

但是上述现有技术有关于六方氮化硼在陶瓷化硅橡胶中的应用研究中，所使用的氮化硼未经剥离和表面改性，因而氮化硼与橡胶基体的界面结合较弱，力学性能较差，尤其是片层状氮化硼没有与助熔剂结合，无法利用氮化硼的导热性能将外部热量传导至材料内部，实现助熔剂的快速软化，因而导致陶瓷化硅橡胶烧蚀形成陶瓷体的瓷化强度较低。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种导热型陶瓷化硅橡胶材料，不仅具有良好的导热性能和力学性能，同时在高温烧蚀条件下，能够快速转变成坚硬的陶瓷体，起到防火阻燃的作用。

本发明的另一个目的是提供一种导热型陶瓷化硅橡胶材料的制备方法。

本发明使用高能球磨机对氮化硼和球磨助剂进行球磨，将氮化硼剥离获得纳米片的同时，实现氮化硼的羟基化改性；将球磨后的混合物分散在去离子水中并采用无机酸调节pH至弱酸性；采用硅烷偶联剂对羟基化氮化硼纳米片进行改性，并将改性氮化硼纳米片包覆于助熔剂表面，得到复合瓷化填料；将复合瓷化填料、阻燃剂以及硫化剂加入到硅橡胶基体中硫化得到导热型陶瓷化硅橡胶材料。

为实现本发明的目的，本发明采用如下技术方案：