[发明专利]一种高导热高绝缘垫片及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高导热高绝缘垫片及其制备方法，该高导热高绝缘垫片通过液氮定向冷冻的方式构建3D导热通路制备成气凝胶，然后再通过浇注液态硅橡胶制备而成。导热填料主体为导热性能好且绝缘性优异h‑BN，复配导热性能优异的沥青基短切碳纤维，两者通过静电自组装的方式结合在一起。该高导热高绝缘垫片填料经液氮定向取向后，在极低的填充量下(20wt％)在与导热方向平行一致的方向展现出优异的导热及绝缘性能。根据ISO 22007‑2标准进行测试，所述的高导热高绝缘垫片的导热系数≥3W/m·K，根据ASTM D149标准进行测试，所述的高导热高绝缘垫片的击穿电压UD≥13kV，展现出优异的导热及电气绝缘性能。

技术领域

本发明涉及一种高导热高绝缘垫片及其制备方法，属于热界面材料领域。

背景技术

随着电子器件朝小型化、高集成化以及高功率化的方向发展，散热问题越来越突出。同时，诸如5G通信和大规模集成电路等场合不仅要求散热材料具备高导热性能，还要求其具有良好的绝缘性能。聚合物基导热材料因成本低廉且具有良好的加工特性而受到广泛关注。聚合物基导热材料通常由导热填料和聚合物基质组成。目前，已有大量文献报道了以碳纳米管等碳基材料作为填料的聚合物复合导热材料，如纳米银粒子-还原氧化石墨烯(rGO)填料、压制而成的石墨纸、纯石墨烯、石墨烯泡沫石墨烯/纤维素填料等。

但由于石墨烯等碳材料本身具有高导电性，因此该类复合材料在绝缘场合的应用受到了严重的限制。而氮化硼(BN)是一种导热性能良好、机械强度高且绝缘性能优异的材料。因此，在对绝缘性能要求高的散热场合，氮化硼聚合物复合导热材料的应用前景十分广阔。

对于导热复合材料而言起导热作用的主要为导热填料，对于导热填料而言最重要的是构建“导热通路”。导热通路的构建有利于导热填料最大限度的发挥作用，从而展现出优异的导热性能。简单共混的方式中导热填料在基体内部的排布杂乱无章，不能有效的形成导热通路，本发明中利用液氮定向冷冻的方式将填料定向取向制备成气凝胶。通过定向取向大量的有效的导热通路的构建使复合材料在极低的填充量(15wt％)下可实现极高的导热性能(导热系数≥3W/m·K)，击穿电压UD≥13kV，展现出优异的导热及电气绝缘性能。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明公开了一种高导热高绝缘垫片及其制备方法，制备的高导热高绝缘垫片在极低的填充量(15wt％)下可实现极高的导热性能(导热系数≥3W/m·K)，击穿电压UD≥13kV，展现出优异的导热及电气绝缘性能此导热垫片可广泛应用于5G导热且对绝缘性有较高要求的领域。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种高导热高绝缘垫片及其制备方法高导热高绝缘垫片，包括液态硅橡胶和导热填料主体，其特征在于：高导热高绝缘垫片中液态硅橡胶中各组份包括端乙烯基硅油、含氢硅油、抑制剂和促进剂；导热填料主体为导热性能好且绝缘性优异h-BN，复配导热性能优异的沥青基短切碳纤维，两者通过静电自组装的方式结合在一起；

优选的，所述端乙烯基硅油、含氢硅油、抑制剂和促进剂的质量比为100：(15～25)：(3～8)：(5～10)。

优选的，所述h-BN粒径为(10～30)μm。

优选的，所述沥青基碳纤维的直径为7μm，长度为(0.1-0.3)mm。

优选的，所述h-BN使用阳离子表面活性剂进行处理，阳离子表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵，十八烷基三甲基氯化馁，十二烷基二甲基氧化胺中的一种或几种，阳离子表面活性剂水溶液的浓度为(0.1-20)g/L。

优选的，所述沥青基短切碳纤维使用H2SO4进行磺化处理以使其带有负电，H2SO4的浓度为(2-4)mol/L。

优选的，其制备过程包括以下步骤：