專利名稱：一種高導熱磁性金屬纖維/硅橡膠復合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于功能復合材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高導熱磁性金屬纖維/硅橡膠復合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著微型電子技術(shù)向密集化、小型化的發(fā)展，其工作溫度急劇升高；大多數(shù)電子設(shè)備使用金屬板作為散熱器件，然而制造成本相對較高，導熱硅橡膠能有效散出電子器件產(chǎn)生的熱量，提高電子設(shè)備的使用壽命及工作效率。提高硅橡膠導熱性能的途徑有兩條第一，合成自身具有高熱導率的結(jié)構(gòu)型導熱硅橡膠，結(jié)構(gòu)型導熱聚合物主要通過電子導熱機制實現(xiàn)導熱，或具有完整結(jié)晶性，通過聲子實現(xiàn)導熱；第二，利用高導熱填料對硅橡膠進行填充，制備高導熱硅橡膠復合材料；前者涉及新型聚合物的設(shè)計與制備，投入較大，所合成的聚合物在品種、性能和應用上均有較大的局限性，而后者則可以根據(jù)對材料基本性能的要求選擇適宜的聚合物和導熱填料，因而材料的選擇面較廣，更具有工業(yè)應用價值。填充型導熱橡膠由高分子基體和高導熱填料組成，其中導熱填料是主要的導熱載體，當填料的量比較小時，彼此能夠均勻分散在基體中，填料之間不發(fā)生接觸和相互作用；當填料量超過一定的限度時，填料之間間距減小并發(fā)生相互作用，在基體中形成了類似鏈狀和網(wǎng)狀的結(jié)構(gòu)，稱為導熱網(wǎng)鏈；然而高含量的導熱填料必定會影響液體硅橡膠的流動性和成型后的力學性能，因此，必須在低填充量的情況下盡量提高其導熱性能；另外，填充型復合材料體系中的填料和基體可以分別看作為兩個熱阻，由最小熱阻法可知，熱量會沿熱阻力最小的通道傳遞，當填料在體系內(nèi)部形成與熱流方向平行的導熱網(wǎng)鏈后，由于填料的熱阻遠遠小于高分子基體，熱流會通過形成的網(wǎng)鏈傳遞，因此整個體系的熱阻變小，導熱性能提高；如何使體系中形成與熱流方向平行的導熱網(wǎng)鏈是提高導熱性能的關(guān)鍵之一。中國化工信息網(wǎng)曾報道通過開發(fā)一種SiN取向填料來提高硅橡膠導熱性，通過在SiN原料體中加入晶種，使SiN晶種粒子取向排列，形成具有取向的纖維狀SiN,纖維狀結(jié)構(gòu)的形成，使SiN的熱導率呈現(xiàn)各向異性，在結(jié)構(gòu)取向上熱導率達120W/m.K，為普通SiN的3倍；除此之外，目前見到的導熱填料多為陶瓷填料、金屬氧化物、金屬氮化物或碳化物；金屬氧化物主要有氧化鋁、氧化鋅、氧化鎂、氧化被、氧化鐵；金屬氮化物主要有氮化硼、氮化鋁；碳化物主要有碳化硅、碳黑；導熱填料的形狀主要是球型、類球型、扁平型、圓餅型、鱗片狀，也有的導熱填料為多種形狀粒子相混合；然而，這些填料，尤其是在低添加量時難以形成導熱網(wǎng)鏈，開發(fā)的導熱橡膠普遍具有熱導率低這一缺陷；目前尚未見到通過以高導熱金屬纖維為主導，多種導熱顆粒相混合的復合導熱填料來改善硅橡膠導熱性能的報道；另外，目前導熱硅橡膠的研究僅局限于簡單的共混復合，難以實現(xiàn)導熱填料定向排列形成導熱網(wǎng)鏈
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有填充型導熱硅橡膠及制備方法的缺點，提供一種以金屬纖維為主導熱網(wǎng)鏈，與多種無機導熱顆粒相混合的導熱填料與硅橡膠復合形成高導熱磁性金屬纖維/硅橡膠復合材料及其制備方法，制備過程中利用磁場誘導使導熱填料成鏈狀分布，少量的填料形成有效的導熱網(wǎng)鏈，提高硅橡膠的導熱系數(shù)。本發(fā)明的發(fā)明目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的
一種高導熱磁性金屬纖維/硅橡膠復合材料，其特征在于以磁性金屬纖維與磁性顆粒或/與非磁性顆粒相混合的導熱填料定向分布于硅橡膠中形成含有導熱網(wǎng)絡(luò)的硅橡膠基復合材料；磁性金屬纖維為鎳纖維、鐵纖維、鈷纖維或它們之間按任意質(zhì)量比例混合的混合物，長度為廣35 μ m ;磁性顆粒為鐵粉、鈷粉、鎳粉或它們之間按任意質(zhì)量比例混合的混合物，粒徑為O. 5 50 μ m;非磁性顆粒為氧化鋁、氧化鋅、氧化鎂、氮化硼、氮化鋁、碳化硅、碳黑或它們之間按任意質(zhì)量比例混合的混合物，粒徑為O. 5^50 μ m0
導熱填料中磁性金屬纖維與磁性顆粒、非磁性顆粒或磁性顆粒和非磁性顆粒之和的質(zhì)量比為O. 5: f 3:1 ;硅橡膠為市售普通雙組分液體AB硅橡膠，A組分為基體膠，B組分為固化劑，A、B組分質(zhì)量比為100:3 100:15 ;導熱填料與硅橡膠的質(zhì)量比為O. 5:1(Γ3:10。一種高導熱磁性金屬纖維/硅橡膠復合材料的制備方法，包括以下幾個步驟
(1)將磁性金屬纖維和磁性顆粒或/與非磁性顆粒混合形成導熱填料；
(2)將硅橡膠A組分與導熱填料均勻混合；
(3)加入固化劑B組分，攪拌均勻混合；
(4)將混合物放入成型模具，于-20°C至150°C固化12 24小時，并在固化過程中放置釹鐵硼磁體于模具兩端，利用磁場對導熱填料進行鏈狀分布誘導；
(5)將樣品從成型模具中取出，獲得高導熱磁性金屬纖維/硅橡膠復合材料。本發(fā)明是通過磁性金屬纖維和多種顆粒填料的混合，利用外加磁場使導熱填料成鏈狀分布，以提高整個體系的導熱率，生產(chǎn)過程中不產(chǎn)生有毒物質(zhì)或刺激性氣體，沒有副產(chǎn)物，效率高，可滿足電子電器行業(yè)的需求，性價比高。
具體實施例方式通過以下實施例進一步描述
實施例一
(I)選取鎳纖維和鎳粉作為導熱填料，其中鎳纖維長度6 μ m，鎳粉粒徑為I μ m，鎳纖維 與鎳粉的質(zhì)量比為3:1，導熱填料與硅橡膠的質(zhì)量比為3 :10。(2)將鎳纖維和鎳粉混合均勻，形成導熱填料。(3)將硅橡膠A組分與導熱填料放入攪拌機中攪拌4小時，超聲混合I小時，使其混合均勻。(4)加入固化劑B組分(A、B組分質(zhì)量比為10:1)，攪拌40分鐘。(5)將混合物放入模具中，并且將模具放入釹鐵硼磁場中，利用磁場對導熱填料進行分布誘導。(6)室溫固化24小時后，將樣品從模具中取出，制得高導熱復合材料。經(jīng)過測試得到在外加磁場條件下制備的導熱復合硅橡膠，其熱擴散系數(shù)為硅橡膠基體的171%，為未加磁場的相同組成復合材料的118%。實施例二
(I)選取鐵纖維、鈷纖維、鐵粉和氧化鋁粉作為導熱填料，其中鐵纖維、鈷纖維長度均 為5μπι，鐵纖維與鈷纖維的質(zhì)量比為1:1，鐵粉、氧化鋁粒徑均為3μπι，鐵粉與氧化鋁
的
質(zhì)量比為I :2，纖維與顆粒的質(zhì)量比為I :1，導熱填料與硅橡膠的質(zhì)量比為0.5 :10。(2)將鐵纖維、鈷纖維、鐵粉和氧化鋁粉混合均勻，形成導熱填料。 (3)將硅橡膠A組分與導熱填料放入攪拌機中攪拌6小時，超聲混合I小時，使其混合均勻。(4)加入固化劑B組分(Α、B組分質(zhì)量比為20:1)，攪拌40分鐘。(5)將混合物放入模具中，并且將模具放入磁場，利用磁場對導熱填料進行分布誘導。(6)于50°C固化16小時后，將樣品從模具中取出，制得高導熱復合材料。經(jīng)過測試得到在外加磁場條件下制備的導熱復合硅橡膠，其熱擴散系數(shù)為硅橡膠基體的167%,為未加磁場的相同組成復合材料的116%。實施例三
(I)選取鈷纖維、鎳纖維、鐵纖維、鎳粉、氧化鎂粉作為導熱填料，其中鈷纖維、鎳 纖維、鐵纖維長度均為3μπι，鈷纖維、鎳纖維、鐵纖維的質(zhì)量比為O. 5:1:1，鎳粉、氧化
鋁
粉均為I. 5 μ m，鎳粉與氧化鎂粉的質(zhì)量比為1:5，纖維與顆粒的質(zhì)量比為7:3，導熱填
料與
硅橡膠的質(zhì)量比為1.5 :10。(2)將鈷纖維、鎳纖維、鐵纖維、鎳粉、氧化鎂粉混合均勻，形成導熱填料。(3)將硅橡膠A組分與導熱填料放入攪拌機中攪拌5小時，超聲混合2小時，使其混合均勻。(4)加入固化劑B組分(A、B組分質(zhì)量比為20:3)，攪拌40分鐘。(5)將混合物放入模具中，并且將模具放入磁場，利用磁場對導熱填料進行分布誘導。(6)于-10°C固化12小時后，將樣品從模具中取出，制得高導熱復合材料。經(jīng)過測試得到在外加磁場條件下制備的導熱復合硅橡膠，其熱擴散系數(shù)為硅橡膠基體的145%,為未加磁場的相同組成復合材料的114%。實施例四
(I)選取鎳纖維、鐵纖維、鎳粉、鐵粉、碳化硅粉、氮化鋁粉作為導熱填料，其中鎳纖維、鐵纖維長度均為6μπι，鎳纖維、鐵纖維的質(zhì)量比為3:1，鎳粉、鐵粉、碳化硅粉、氮化鋁粉粒徑均為O. 5 μ m，鎳粉、鐵粉、碳化硅粉、氮化鋁粉的質(zhì)量比為I :1 2 :3，纖維與顆粒的質(zhì)量比為3:1，導熱填料與硅橡膠的質(zhì)量比為3 :10。(2)將鎳纖維、鐵纖維、鎳粉、鐵粉、碳化硅粉、氮化鋁粉混合均勻，形成導熱填料。(3)將硅橡膠A組分與導熱填料放入攪拌機中攪拌6小時，超聲混合I. 5小時，使其混合均勻。
(4)加入固化劑B組分(A、B組分質(zhì)量比為10:1)，攪拌40分鐘。(5)將混合物放入模具中，并且將模具放入磁場，利用磁場對導熱填料進行分布誘 導。(6)于120°C固化12小時后，將樣品從模具中取出，制得高導熱復合材料。經(jīng)過測試得到在外加磁場條件下制備的導熱復合硅橡膠，其熱擴散系數(shù)為硅橡膠基體的152%,為未加磁場的相同組成復合材料的118%。
權(quán)利要求
1.一種高導熱磁性金屬纖維/硅橡膠復合材料，其特征在于所述復合材料為以磁性金屬纖維與磁性顆粒或/和非磁性顆粒相混合的導熱填料定向分布于硅橡膠中形成含有導熱網(wǎng)絡(luò)的硅橡膠基復合材料；磁性金屬纖維為鎳纖維、鐵纖維、鈷纖維或它們之間按任意質(zhì)量比例混合的混合物，長度為廣35 μ m ;磁性顆粒為鐵粉、鈷粉、鎳粉或它們之間按任意質(zhì)量比例混合的混合物，粒徑為O. 5 50 μ m ;非磁性顆粒為氧化鋁、氧化鋅、氧化鎂、氮化硼、氮化鋁、碳化硅、碳黑或它們之間按任意質(zhì)量比例混合的混合物，粒徑為O. 5^50 μ m0
2.如權(quán)利要求I所述的一種高導熱磁性金屬纖維/硅橡膠復合材料，其特征在于導熱填料中磁性金屬纖維與磁性顆粒、非磁性顆粒或磁性顆粒和非磁性顆粒之和的質(zhì)量比為O.5: f 3:1 ;硅橡膠為市售普通雙組分液體AB硅橡膠，A組分為基體膠，B組分為固化劑，A、B組分質(zhì)量比為100:3 100:15 ;導熱填料與硅橡膠的質(zhì)量比為O. 5:10^3: IO0
3.如權(quán)利要求I所述的一種高導熱磁性金屬纖維/硅橡膠復合材料的制備方法，其特征在于包括如下步驟(1)將磁性金屬纖維和磁性顆粒或/與非磁性顆粒混合形成導熱填料；(2)將硅橡膠A組分與導熱填料均勻混合；(3)加入固化劑B組分，攪拌均勻混合；(4)將混合物放入成型模具，于-20°C至150°C固化12 24小時，并在固化過程中放置釹鐵硼磁體于模具兩端，利用磁場對導熱填料進行鏈狀分布誘導；(5)將樣品從成型模具中取出，獲得高導熱磁性金屬纖維/硅橡膠復合材料。
全文摘要
本發(fā)明屬于功能復合材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高導熱磁性金屬纖維/硅橡膠復合材料及其制備方法。本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有填充型導熱硅橡膠及制備方法的缺點，提供一種以金屬纖維為主導熱網(wǎng)鏈，與多種無機導熱顆粒相混合的導熱填料與硅橡膠復合形成高導熱磁性金屬纖維/硅橡膠復合材料及其制備方法，制備過程中利用磁場誘導使導熱填料成鏈狀分布，少量的填料形成有效的導熱網(wǎng)鏈，提高硅橡膠的導熱系數(shù)。
文檔編號C08K3/04GK102924923SQ20121040805
公開日2013年2月13日 申請日期2012年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月24日
發(fā)明者沈湘黔, 謝冬生, 朱琳, 韓朋, 景茂祥, 董明東 申請人:江蘇大學