导热凝胶
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导热硅胶产品的分层原因解析及应对

2021-03-20 07:24:41

有机硅导热灌封胶、导热粘接胶和导热硅脂等产品,都是由导热填料分散在有机聚硅氧烷中形成的复合物。导热产品为了提高整体的导热效能,通常需要填充大量的导热填料,如氧化锌、氧化铝、氧化镁、氮化铝、氮化硼、碳化硅等等。这些填料粒子的密度都比较大,在储存期间会受到重力的作用而出现不同程度的沉降分层现象,同时填料粒子间的范德华力也会促使填料粒子互相结合并逐渐凝聚成更大的颗粒,使得沉降分层加剧。

沉降分层会影响产品的使用性,比如有机硅导热灌封胶存放后填料会沉在底部,使用前需要先进行适当的搅拌,以确保后续的混合效果。导热粘接胶分层后会导致硅油和助剂在胶瓶口的部位聚集,施工时需要先将胶瓶口的少量产品挤出再正常使用,影响工艺的连续性。因此,如何抑制或减缓沉降分层的现象发生,是产品设计开发过程中需要认真考虑的问题。

根据斯托克斯定律,填料的沉降速度与研磨细度成反比,与填料密度成正比,随体系黏度增加而下降,而实际影响沉降的因素较为复杂,可以分别从填料、助剂和生产工艺这几方面入手。

导热胶

1.选择合适的填料并对填料进行表面处理

使用粒度更小的导热填料和提高体系的黏度可以在一定程度上延缓导热填料的沉降,但是对于大多数应用场合,增加体系黏度势必影响到使用性能。对于导热灌封胶产品,通常需要使用不同粒径的填料相互搭配,以平衡黏度和抗沉降性能。

同时,为了进一步控制填料的沉降,需要对填料进行表面处理提高体系的稳定性。导热填料表面羟基较多,难以被有机聚硅氧烷浸润分散,在大量填充时容易因为颗粒间的作用力而凝聚,通过对填料进行表面处理,例如使用硅烷偶联剂可以在填料表面形成有机硅涂层,改善填料与有机聚硅氧烷的亲和性,增加填料粒子间的排斥作用,阻止填料粒子凝聚。但填料表面处理的工艺一般比较复杂,会造成生产成本的上升。

2.加工助剂

提高体系的触变性,添加沉降抑制剂,如气相法白炭黑,也能够得到较好的防沉效果。这些沉降抑制剂在物料静置的时候,通过物理或化学键合,在体系中形成一种可逆的三维网状结构,使导热填料被包裹在网络中,延缓沉降。当物料受到外力的作用,比如搅拌或挤压时,这种网状结构又能比较容易地被破坏,满足物料的施工的要求。沉降抑制剂的添加量需要比较准确的控制,添加量太少,防沉效果不好,添加量太大则会导致体系的黏度大幅增加,不利于产品的使用。

3.生产工艺

导热产品中导热填料的添加量基本都要超过50%,部分高导热产品更是超过90%,实际生产中需要解决大量的导热填料在有机聚硅氧烷中均匀分散的问题。通过少量多次的添加方式,可以帮助有机聚硅氧烷对导热填料的浸润,同时还能避免一次添加量过大形成的黏度高峰,保证设备的顺利运转。在加入导热填料的过程中,还可以通过加热升温来促进填料与有机聚硅氧烷之间的结合,对提高填料防沉性也有积极的作用,但加热也会导致助剂过早的相互作用,导致体系的储存期下降,需要对混料工艺作相应的调整。


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