一種有機硅樹脂散熱涂料的制備方法
【專利摘要】本發明涉及一種有機硅樹脂散熱涂料的制備方法，屬于涂料技術領域。針對現有涂料的機械性能差，附著力差，硬度小，不耐沖擊，不耐熱的問題，本發明提供了一種有機硅樹脂散熱涂料的制備方法，本發明通過制備高導熱甲基苯基乙烯基硅樹脂，并以其為基體，選取碳纖維，超細氮化鋁為主要導熱填料，利用碳纖維，超細氮化鋁的有效搭接，在基體中形成良好的導熱網絡，提高涂層整體的導熱率，結合云母粉和滑石粉，在醋酸丁酯，二丙酮醇，二甲苯中均勻分散，輔以氨基樹脂交聯固化成膜，研磨后得高導熱系數且具有良好的附著力，耐沖擊，耐熱的有機硅樹脂散熱涂料。
【專利說明】
一種有機硅樹脂散熱涂料的制備方法
技術領域
[0001]本發明涉及一種有機硅樹脂散熱涂料的制備方法，屬于涂料技術領域。
【背景技術】
[0002]隨著電子技術的高速發展和人們消費需求的日益提高，電子產品正向著高功率、高集成、小型化的方向發展，從而導致電子器件的工作溫度越來越高，如果散熱能力不足，將會導致電子器件的工作溫度大幅上升，進而直接影響器件的性能、穩定性和使用壽命。
[0003]隨著LED等電子器件集成技術的發展及功率的不斷增大，其工作溫度也逐漸升高。有資料表明，電子器件溫度每升高2°C，其可靠性下降10%;其在50°C下的工作壽命只相當于其在25°C下工作壽命的六分之一，由此可見，散熱問題已經成為制約電子器件綜合性能提升的關鍵因素。熱傳遞有傳導、對流、輻射三種方式。目前電子行業都是通過在電子元器件表面粘貼散熱片和加裝風扇來散熱，這種散熱組件主要增強熱的傳導和對流，但會明顯增加電子產品的體積，不利于產品小型化、精密化的設計。與增強熱傳導和熱對流相比，提升散熱組件的紅外輻射率來增強器件的散熱性能成為一種非常有效的方式。特別是在小型電子器件、航空航天等供散熱組件安裝空間比較狹小的應用領域，通過傳導和對流方式的散熱效果非常有限，此時紅外輻射散熱具有非常重要的應用價值。增強輻射散熱主要有對散熱器件表面陽極氧化處理和涂布輻射散熱涂料這兩種方法。表面陽極氧化處理實施方法相對較為復雜，成本較高，且具有一定的局限性;涂布輻射散熱涂料則施工簡便，價格低廉，且不受器件材質的限制，此外還能起到保護器件的作用，近年來受到廣泛關注。在提升電子器件散熱能力方面，使用散熱涂料是一條被廣泛采納的技術途徑。但是，現有涂料的機械性能差，附著力差，硬度小，不耐沖擊，不耐熱，因此，對于高效散熱涂料的研究顯的尤為重要。
【發明內容】
[0004]本發明所要解決的技術問題:針對現有涂料的機械性能差，附著力差，硬度小，不耐沖擊，不耐熱的問題，本發明提供了一種有機硅樹脂散熱涂料的制備方法，本發明通過制備高導熱甲基苯基乙烯基硅樹脂，并以其為基體，選取碳纖維，超細氮化鋁為主要導熱填料，利用碳纖維，超細氮化鋁的有效搭接，在基體中形成良好的導熱網絡，提高涂層整體的導熱率，結合云母粉和滑石粉，在醋酸丁酯，二丙酮醇，二甲苯中均勻分散，輔以氨基樹脂交聯固化成膜，研磨后得高導熱系數且具有良好的附著力，耐沖擊，耐熱的有機硅樹脂散熱涂料。
[0005]為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是:
(I)按碳和氧化鋁的摩爾比為3.5-3.6,稱取碳和氧化鋁，并將其混合均勻，加入相對氧化鋁質量為1.2?1.4%氟化鈣，置于管式爐中，在0.1?0.2MPa氮氣氛圍下，加熱至1600?1650°C，保持溫度4?5h，冷卻至700?720 °C，以1.2?1.5L/min通入空氣，煅燒2?3h，得氮化鋁粉，轉入粉碎機粉碎20?30min，過200目篩，將過篩后的氮化鋁粉加入行星式球磨機，按球料比為3?4，加入氧化招研磨球，再加入相對氮化招質量50?60%乙二醇，以80?lOOr/min球磨45?48h，轉入120?130 °C干燥箱干燥2?3h，得超細氮化鋁粉，備用；
(2)按質量份數計，稱取15?20份瀝青基碳纖維長絲，將其浸泡在100?150份體積分數為0.3-0.5%娃烷偶聯劑KH560水溶液中，在78?82°C恒溫水浴箱中加熱1-2h，過濾，將濾渣置于馬弗爐中，在高純氬氣氛圍下，加熱至1200?1300°C，保持溫度20?30min，冷卻至室溫，轉入行星式球磨機中，球磨10?12h，得改性碳纖維粉末，備用；
(3)按體積份數計，分別量取I?2份甲基三氯硅烷，2?4份甲基乙烯基二氯硅烷，4?6份苯基三氯硅烷，混合均勻后加入10?12份二甲苯中，以100?200r/min攪拌10?20min，將混合溶液加入由28?30份去離子水，20?22份二甲苯，2?3份乙醇，5?6份正丁醇組成的混合液中，在30-35 0C恒溫水浴下，水解2?3h，靜置2?3h，取上層溶液，并加入75?80 °C去離子水至溶液pH至6.0?6.5，向混合液中加入1.5-2.0份二甲氧基二苯基硅烷和10?12份二甲苯，在70?75 °C恒溫水浴下，加熱I?2h后，在130?140°C下減壓蒸餾至原混合液體積30?40%，加入0.02-0.05份二月桂酸二丁基錫，加熱至150?160°C，反應3~4h，在140?145°C下減壓蒸餾3~4h，得甲基苯基乙稀基娃樹脂；
(4)按質量份數計，稱取32?35份上述甲基苯基乙烯基硅樹脂，加入2?3份BYK-ATU分散劑，用分散機分散均勻后，依次加入12?13份上述步驟(2)制備的改性碳纖維粉末，7?8份上述步驟(I)制備的超細氮化鋁粉，9?10份云母粉，I?2份滑石粉，6?7份醋酸丁酯，10?11份二丙酮醇，8?9份二甲苯，轉入攪拌機中，加入120?150份研磨錯珠，以1200?1500r/min攪拌I?2h，加入10?11份氨基樹脂，以1000?1200r/min繼續攪拌至涂料細度彡50μπι，過200目篩，得有機硅樹脂散熱涂料。
[0006]本發明的應用方法是:先將金屬基板表面用噴砂去除氧化膜，并用堿溶液清洗去油，在丙酮中超聲清洗，冷風吹干后，用空氣噴槍將本發明制備的有機硅樹脂散熱涂料噴涂在基板表面，靜置20?30min，加入150?160 °C烘箱中烘烤30?40min。本發明制備的散熱涂層導熱系數為1.8?2.1W/(m.K)，附著力為I級，硬度為5?6H，耐沖擊性為200~300kg.mm。
[0007]本發明的有益技術效果是:
(1)本發明制備的有機硅樹脂散熱涂料涂層具有強附著力、良好的機械性能、耐溫性；
(2)本發明制備工藝簡單，安全，環保。
【具體實施方式】
[0008]按碳和氧化鋁的摩爾比為3.5-3.6,稱取碳和氧化鋁，并將其混合均勻，加入相對氧化鋁質量為1.2-1.4%氟化鈣，置于管式爐中，在0.1?0.2MPa氮氣氛圍下，加熱至1600?1650°C，保持溫度4?5h，冷卻至700?720°C，以1.2?1.5L/min通入空氣，煅燒2?3h，得氮化鋁粉，轉入粉碎機粉碎20?30min，過200目篩，將過篩后的氮化招粉加入行星式球磨機，按球料比為3?4，加入氧化招研磨球，再加入相對氮化招質量50?60%乙二醇，以80~100r/min球磨45?48h，轉入120?130°C干燥箱干燥2?3h，得超細氮化鋁粉;按質量份數計，稱取15?20份瀝青基碳纖維長絲，將其浸泡在100?150份體積分數為0.3-0.5%娃烷偶聯劑KH560水溶液中，在78?82°C恒溫水浴箱中加熱I?2h，過濾，將濾渣置于馬弗爐中，在高純氬氣氛圍下，加熱至1200?1300°C，保持溫度20?30min，冷卻至室溫，轉入行星式球磨機中，球磨10?12h，得改性碳纖維粉末;按體積份數計，分別量取I?2份甲基三氯硅烷，2?4份甲基乙烯基二氯硅烷，4?6份苯基三氯硅烷，混合均勻后加入10?12份二甲苯中，以100?200r/min攪拌10?20min，將混合溶液加入由28?30份去離子水，20?22份二甲苯，2?3份乙醇，5?6份正丁醇組成的混合液中，在30?35°C恒溫水浴下，水解2?3h，靜置2?3h，取上層溶液，并加入75?80°C去離子水至溶液pH至6.0?6.5，向混合液中加入1.5-2.0份二甲氧基二苯基硅烷和10?12份二甲苯，在70?75 °C恒溫水浴下，加熱I?2h后，在130?140 °C下減壓蒸餾至原混合液體積30?40%，加入0.02-
0.05份二月桂酸二丁基錫，加熱至150~160°(:，反應3~411，在140~145°(:下減壓蒸餾3~411，得甲基苯基乙烯基硅樹脂;按質量份數計，稱取32?35份上述甲基苯基乙烯基硅樹脂，加入2?3份BYK-ATU分散劑，用分散機分散均勻后，依次加入12?13份上述制備的改性碳纖維粉末，??8份上述制備的超細氮化鋁粉，9?10份云母粉，I?2份滑石粉，6?7份醋酸丁酯，10?11份二丙酮醇，8?9份二甲苯，轉入攪拌機中，加入120?150份研磨錯珠，以1200~15001'/111；[11攪拌1~211，加入10?11份氨基樹脂，以1000?1200r/min繼續攪拌至涂料細度彡50μπι，過200目篩，得有機硅樹脂散熱涂料。
[0009]實例I
按碳和氧化鋁的摩爾比為3.5，稱取碳和氧化鋁，并將其混合均勻，加入相對氧化鋁質量為1.2%氟化鈣，置于管式爐中，在0.1MPa氮氣氛圍下，加熱至1600°C，保持溫度4h，冷卻至700 °C，以1.2L/min通入空氣，煅燒2h，得氮化鋁粉，轉入粉碎機粉碎20min，過200目篩，將過篩后的氮化鋁粉加入行星式球磨機，按球料比為3，加入氧化鋁研磨球，再加入相對氮化鋁質量50%乙二醇，以80r/min球磨45h，轉入120°C干燥箱干燥2h，得超細氮化鋁粉;按質量份數計，稱取15份瀝青基碳纖維長絲，將其浸泡在100份體積分數為0.3%硅烷偶聯劑KH560水溶液中，在78°C恒溫水浴箱中加熱Ih，過濾，將濾渣置于馬弗爐中，在高純氬氣氛圍下，加熱至1200°C，保持溫度20min，冷卻至室溫，轉入行星式球磨機中，球磨10h，得改性碳纖維粉末；按體積份數計，分別量取I份甲基三氯硅烷，2份甲基乙烯基二氯硅烷，4份苯基三氯硅燒，混合均勾后加入10份二甲苯中，以100r/min攪拌lOmin，將混合溶液加入由28份去離子水，20份二甲苯，2份乙醇，5份正丁醇組成的混合液中，在30 °C恒溫水浴下，水解2h，靜置2h，取上層溶液，并加入75°C去離子水至溶液pH至6.0，向混合液中加入1.5份二甲氧基二苯基硅烷和10份二甲苯，在70°C恒溫水浴下，加熱Ih后，在130°C下減壓蒸餾至原混合液體積30%，加入0.02份二月桂酸二丁基錫，加熱至150°C，反應3h，在140 °C下減壓蒸餾3h，得甲基苯基乙烯基硅樹脂;按質量份數計，稱取32份上述甲基苯基乙烯基硅樹脂，加入2份BYK-ATU分散劑，用分散機分散均勻后，依次加入12份上述制備的改性碳纖維粉末，7份上述制備的超細氮化鋁粉，9份云母粉，I份滑石粉，6份醋酸丁酯，10份二丙酮醇，8份二甲苯，轉入攪拌機中，加入120份研磨錯珠，以1200r/min攪拌I?2h，加入10份氨基樹脂，以1000r/min繼續攪拌至涂料細度50μπι，過200目篩，得有機硅樹脂散熱涂料。
[0010]本發明的應用方法是:先將金屬基板表面用噴砂去除氧化膜，并用堿溶液清洗去油，在丙酮中超聲清洗，冷風吹干后，用空氣噴槍將本發明制備的有機硅樹脂散熱涂料噴涂在基板表面，靜置20min，加入150°C烘箱中烘烤30min。本發明制備的散熱涂層導熱系數為1.8ff/(m.K)，附著力為I級，硬度為5H，耐沖擊性為200kg.mm。
[0011]實例2
按碳和氧化鋁的摩爾比為3.5，稱取碳和氧化鋁，并將其混合均勻，加入相對氧化鋁質量為1.3%氟化鈣，置于管式爐中，在0.1MPa氮氣氛圍下，加熱至1620°C，保持溫度4.5h，冷卻至710 °C，以1.3L/min通入空氣，煅燒2.5h，得氮化鋁粉，轉入粉碎機粉碎25min，過200目篩，將過篩后的氮化鋁粉加入行星式球磨機，按球料比為3.5，加入氧化鋁研磨球，再加入相對氮化鋁質量55%乙二醇，以90r/min球磨46h，轉入125 °C干燥箱干燥2.5h，得超細氮化鋁粉；按質量份數計，稱取18份瀝青基碳纖維長絲，將其浸泡在120份體積分數為0.4%娃烷偶聯劑KH560水溶液中，在800C恒溫水浴箱中加熱1.5h，過濾，將濾渣置于馬弗爐中，在高純氬氣氛圍下，加熱至12500C，保持溫度25min，冷卻至室溫，轉入行星式球磨機中，球磨I Ih，得改性碳纖維粉末;按體積份數計，分別量取I.5份甲基三氯硅烷，3份甲基乙烯基二氯硅烷，5份苯基三氯娃燒，混合均勾后加入11份二甲苯中，以150r/min攪拌15min，將混合溶液加入由29份去離子水，21份二甲苯，2.5份乙醇，5.5份正丁醇組成的混合液中，在32°C恒溫水浴下，水解2.5h，靜置2.5h，取上層溶液，并加入78°C去離子水至溶液pH至6.2，向混合液中加入1.8份二甲氧基二苯基硅烷和11份二甲苯，在72 °C恒溫水浴下，加熱1.5h后，在135 °C下減壓蒸餾至原混合液體積35%，加入0.03份二月桂酸二丁基錫，加熱至1550C，反應3.5h，在142°C下減壓蒸餾3.5h，得甲基苯基乙烯基硅樹脂;按質量份數計，稱取33份上述甲基苯基乙烯基硅樹脂，加入2.5份BYK-ATU分散劑，用分散機分散均勻后，依次加入12.5份上述制備的改性碳纖維粉末，7.5份上述制備的超細氮化鋁粉，9.5份云母粉，1.5份滑石粉，6.5份醋酸丁酯，10.5份二丙酮醇，8.5份二甲苯，轉入攪拌機中，加入130份研磨錯珠，以1300r/min攪拌
1.5h，加入10.5份氨基樹脂，以1100r/min繼續攪拌至涂料細度30μπι，過200目篩，得有機硅樹脂散熱涂料。
[0012]本發明的應用方法是:先將金屬基板表面用噴砂去除氧化膜，并用堿溶液清洗去油，在丙酮中超聲清洗，冷風吹干后，用空氣噴槍將本發明制備的有機硅樹脂散熱涂料噴涂在基板表面，靜置25min，加入155°C烘箱中烘烤35min。本發明制備的散熱涂層導熱系數為2.0ff/(m.K)，附著力為I級，硬度為5H，耐沖擊性為250kg.mm。
[0013]實例3
按碳和氧化鋁的摩爾比為3.6，稱取碳和氧化鋁，并將其混合均勻，加入相對氧化鋁質量為1.4%氟化鈣，置于管式爐中，在0.2MPa氮氣氛圍下，加熱至1650°C，保持溫度5h，冷卻至720 °C，以1.5L/min通入空氣，煅燒3h，得氮化鋁粉，轉入粉碎機粉碎30min，過200目篩，將過篩后的氮化鋁粉加入行星式球磨機，按球料比為4，加入氧化鋁研磨球，再加入相對氮化鋁質量60%乙二醇，以100r/min球磨48h，轉入130°C干燥箱干燥3h，得超細氮化鋁粉;按質量份數計，稱取20份瀝青基碳纖維長絲，將其浸泡在150份體積分數為0.5%硅烷偶聯劑KH560水溶液中，在82°C恒溫水浴箱中加熱2h，過濾，將濾渣置于馬弗爐中，在高純氬氣氛圍下，加熱至13000C，保持溫度30min，冷卻至室溫，轉入行星式球磨機中，球磨12h，得改性碳纖維粉末；按體積份數計，分別量取2份甲基三氯硅烷，4份甲基乙烯基二氯硅烷，6份苯基三氯硅燒，混合均勾后加入12份二甲苯中，以200r/min攪拌20min，將混合溶液加入由30份去離子水，22份二甲苯，3份乙醇，6份正丁醇組成的混合液中，在35 °C恒溫水浴下，水解3h，靜置3h，取上層溶液，并加入80°C去離子水至溶液pH至6.5，向混合液中加入2.0份二甲氧基二苯基硅烷和12份二甲苯，在75°C恒溫水浴下，加熱2h后，在140°C下減壓蒸餾至原混合液體積40%，加入0.05份二月桂酸二丁基錫，加熱至160 °C，反應4h，在145 °C下減壓蒸餾4h，得甲基苯基乙烯基硅樹脂;按質量份數計，稱取35份上述甲基苯基乙烯基硅樹脂，加入3份BYK-ATU分散劑，用分散機分散均勻后，依次加入13份上述制備的改性碳纖維粉末，8份上述制備的超細氮化鋁粉，10份云母粉，2份滑石粉，7份醋酸丁酯，11份二丙酮醇，9份二甲苯，轉入攪拌機中，加入150份研磨錯珠，以1500r/min攪拌2h，加入11份氨基樹脂，以12001'/111；[11繼續攪拌至涂料細度20M1，過200目篩，得有機硅樹脂散熱涂料。
[0014]本發明的應用方法是:先將金屬基板表面用噴砂去除氧化膜，并用堿溶液清洗去油，在丙酮中超聲清洗，冷風吹干后，用空氣噴槍將本發明制備的有機硅樹脂散熱涂料噴涂在基板表面，靜置30min，加入160°C烘箱中烘烤40min。本發明制備的散熱涂層導熱系數為2.1ff/(m.K)，附著力為I級，硬度為6H，耐沖擊性為300kg.mm。
【主權項】
1.一種有機硅樹脂散熱涂料的制備方法，其特征在于具體制備步驟為: (1)按碳和氧化鋁的摩爾比為3.5?3.6，稱取碳和氧化鋁，并將其混合均勻，加入相對氧化鋁質量為1.2?1.4%氟化鈣，置于管式爐中，在0.1?0.2MPa氮氣氛圍下，加熱至1600?1650°C，保持溫度4?5h，冷卻至700?720 °C，以1.2?1.5L/min通入空氣，煅燒2?3h，得氮化鋁粉，轉入粉碎機粉碎20?30min，過200目篩，將過篩后的氮化鋁粉加入行星式球磨機，按球料比為3?4，加入氧化招研磨球，再加入相對氮化招質量50?60%乙二醇，以80?100r/min球磨45?48h，轉入120?130 °C干燥箱干燥2?3h，得超細氮化鋁粉，備用； (2)按質量份數計，稱取15?20份瀝青基碳纖維長絲，將其浸泡在100?150份體積分數為.0.3-0.5%娃烷偶聯劑KH560水溶液中，在78?82°C恒溫水浴箱中加熱1-2h，過濾，將濾渣置于馬弗爐中，在高純氬氣氛圍下，加熱至1200?1300°C，保持溫度20?30min，冷卻至室溫，轉入行星式球磨機中，球磨10?12h，得改性碳纖維粉末，備用； (3)按體積份數計，分別量取I?2份甲基三氯硅烷，2?4份甲基乙烯基二氯硅烷，4?6份苯基三氯硅烷，混合均勻后加入10?12份二甲苯中，以100?200r/min攪拌10?20min，將混合溶液加入由28?30份去離子水，20?22份二甲苯，2?3份乙醇，5?6份正丁醇組成的混合液中，在30-35 0C恒溫水浴下，水解2?3h，靜置2?3h，取上層溶液，并加入75?80 °C去離子水至溶液pH至6.0?6.5，向混合液中加入1.5-2.0份二甲氧基二苯基硅烷和10?12份二甲苯，在70?75 °C恒溫水浴下，加熱I?2h后，在130?140°C下減壓蒸餾至原混合液體積30?40%，加入0.02-0.05份二月桂酸二丁基錫，加熱至150?160°C，反應3~4h，在140?145°C下減壓蒸餾3~4h，得甲基苯基乙稀基娃樹脂； (4)按質量份數計，稱取32?35份上述甲基苯基乙烯基硅樹脂，加入2?3份BYK-ATU分散劑，用分散機分散均勻后，依次加入12?13份上述步驟(2)制備的改性碳纖維粉末，7?8份上述步驟(I)制備的超細氮化鋁粉，9?10份云母粉，I?2份滑石粉，6?7份醋酸丁酯，10?11份二丙酮醇，8?9份二甲苯，轉入攪拌機中，加入120?150份研磨錯珠，以1200?1500r/min攪拌I?2h，加入10?11份氨基樹脂，以1000?1200r/min繼續攪拌至涂料細度彡50μπι，過200目篩，得有機硅樹脂散熱涂料。
【文檔編號】C09D161/20GK106085221SQ201610468619
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月25日
【發明人】張靜, 王龍
【申請人】張靜