用于5G通信的双组分导热凝胶及其制备方法
【技术领域】
本发明涉及一种双组分凝胶材料领域，特别是涉及一种导热效果好，便于返修、成本低的用于5G通信的双组分导热凝胶及其制备方法。
【背景技术】
随着5G通信的发展，对电子元器件集成度提出了更高的要求的同时，也要求电子元器件具有更高的灵敏度。而高集成度的电子元器件容易因为高温或者震动出现失效现象，需要通过维修才能继续使用。现有的电子元器件使用的导热材料主要有导热硅脂、导热凝胶及导热垫片，其普遍存在不便于清洗、易损坏且维修后需要重新更换新材料等缺陷，这不仅降低了维修者的维修效率，同时使得维修成本提高。因此，制备一种既可满足电子元器件的高导热需求，又能提高维修效率并降低维修成本的导热材料就成为一种客观需求。
【发明内容】
本发明旨在解决上述问题，而提供一种可在高温或常温下发生固化反应成片状导热材料，且得到的导热材料具有一定强度和较弱的表面附着力，可降低客户端的返修成本和提高维修效率的用于5G通信的双组分导热凝胶。
本发明还提供了一种用于5G通信的双组分导热凝胶的制备方法。
为实现本发明的目的，本发明提供了一种用于5G通信的双组分导热凝胶，该双组分导热凝胶包括A组分和B组分，所述A组分包含以重量份数计的如下组分：
所述B组分包含以重量份数计的如下组分：
所述有机硅树脂的结构式为：
其中，所述A、B、C、D为含-C＝C的基团、-OCH2-基团、-H或含有-CH3基团中的一种，所述n为5～90000，所述m为1000～50000。
进一步地，所述有机硅树脂包括功能性聚二甲基硅氧烷和反应型硅氢键聚合物材料，其中，所述功能性聚二甲基硅氧烷为单乙烯基功能性聚二甲基硅氧烷、双乙烯基功能性聚二甲基硅氧烷、多乙烯基功能性聚二甲基硅氧烷、非乙烯基功能性聚二甲基硅氧烷、单氢键功能性聚二甲基硅氧烷、双氢键功能性聚二甲基硅氧烷、多氢键功能性聚二甲基硅氧烷中的一种或多种的组合，所述n为3000～25000，所述m为3000～25000；所述反应型硅氢键聚合物材料为单氢键功能性聚二甲基硅氧烷、双氢键功能性聚二甲基硅氧烷、多氢键功能性聚二甲基硅氧烷中的一种或多种的组合，所述n为3000～25000，所述m为3000～25000。
优选地，所述100份功能性聚二甲基硅氧烷包含以重量份数计的如下组分：双乙烯基功能性聚二甲基硅氧烷30-78份，单乙烯基功能性聚二甲基硅氧烷12-65份，多乙烯基功能性聚二甲基硅氧烷0-5份；所述100份反应型硅氢键聚合物材料包含以重量份数计的如下组分：单氢键功能型聚二甲基硅氧烷含量为13-42份，双氢键功能型聚二甲基硅氧烷含量为18-46份，多氢键功能型聚二甲基硅氧烷含量为2-69份。
进一步地，所述填料包括纳米填料及无机功能性填料，所述纳米填料为碳纳米管、纳米银线、纳米氧化锌线中的一种或多种的组合，其长度为10～100μm，直径为10～100nm；所述功能性填料为规整多面体结构或者球形形态的石墨类、无机氧化物、金属粉体中的一种，其粒径为0.2μm-200μm。
优选地，所述功能性填料为氧化铝、氮化硅、氮化铝、富勒烯、铝粉、钛粉、金刚石粉中一种或多种的组合，其由粒径为0.2-1μm、3-10μm、12-25μm、30-70μm、90-150μm的不同粒径粉体的有效复配而成。
进一步地，所述端基改性多面体低聚倍半硅氧烷的端基为硅羟基、羧烷基、酰胺基、乙烯基、氨基、甲氧基、乙氧基、硅烷基中的一种。
优选地，所述苯乙烯基硅烷的粘度为10～300cps。
优选地，所述催化剂为二乙烯四甲基二硅氧烷铂络合物、二乙烯八甲基四硅氧烷铂络合物、过氧化物催化剂中的一种。
优选地，所述液体橡胶为液体丁二烯橡胶、液体丙烯酸酯橡胶、液体三元乙丙橡胶中的一种，其粘度为50～2500cps。
优选地，所述带有表面改性剂接枝的纳米壳核结构粉体为表面带有非极性基团包括硅烷基、C-C链基团、-CH3基团及可参与反应的氨基的高分子材料通过乳液制备方法制备包覆的纳米球形粉体颗粒，其中，粉体颗粒为氧化铝、氧化硅、氧化镁中的一种，其粒径为10～100nm。
优选地，所述两末端特定官能基的聚二苯基硅氧烷为两端含有烯烃基、端羟基或硅羟基的聚二苯乙烯硅氧烷，其粘度为10～50cps。
优选地，所述液晶型环氧树脂改性有机硅为含有芳酯类和联苯类的材料。
优选地，所述颜料为无机颜料。
本发明还提供了一种制备用于5G通信的双组分导热凝胶的方法，所述A组分的制备方法包括如下步骤：
A1、将所述重量份数的有机硅树脂、苯乙烯基硅烷及端基改性多面体低聚倍半硅氧烷于温度为20～30℃；搅拌转速1000～2000r/min条件下搅拌均匀，得到第一混合物；
A2、将部分填料加入所述第一混合物中，于温度为20～30℃；搅拌转速20～30r/min条件下搅拌12分钟，得到第二混合物；
A3、再将剩余的填料分四份逐步加入到第二混合物中，且每次加入后于温度为20～30℃，搅拌速度为20～30r/min条件下搅拌25min；
A4、再进行真空抽取，真空度为-0.08MPa以下，并于温度为20～30℃，搅拌转速60～70r/min下搅拌35min，即得到所述的A组分；
A5、将A组分进行灌装；
所述B组分的制备方法包括如下步骤：
B1、将所述重量份数的有机硅树脂、催化剂、液体橡胶、液晶环氧树脂改性有机硅、两末端特定官能基的聚二苯基硅氧烷及带有表面改性剂接枝的纳米壳核结构粉体于温度为20～30℃，搅拌速度为1000～2000r/min条件下搅拌20分钟，得到第三混合物；
B2、将所述重量份数的填料分四份加入第三混合物中，且每次加入后于温度为20～30℃，搅拌速度为20～30r/min条件下搅拌25min，然后加入所述重量份数的颜料，搅拌均匀；
B3、再进行真空抽取，真空度为-0.08MPa以下，并于温度为20～30℃；搅拌转速60～70r/min下搅拌35min，即得到所述的B组分；
B4、将B组分进行灌装。
本发明的贡献在于，其有效解决了现有导热材料不便于清洗，容易损坏，维修效率低、成本高的问题。本发明的双组分导热凝胶的填料由不同粒径粉体复配而成，使制得的导热凝胶具有良好的导热性能。本发明的双组分导热凝胶为双管包装，在使用时通过将A组分和B组分混合，可覆盖到需要填充的部位，在高温或常温下可发生反应固化成片状导热材料，得到的导热材料具有一定的强度和较弱的表面附着力，起到传热减震缓冲的作用。当元器件损坏需要返修时，可很容易将片状导热材料取下，待更换好原材料后还可将片状导热材料贴合重复使用，从而降低了客户端的返修成本且提高了维修的可操作性，特别适用于设备长期在户外或者需要经常维护的比较敏感的电子元器件的场合。
【具体实施方式】
本发明的用于5G通信的双组分导热凝胶，包括以重量份数计的如下组分：
A组分：
B组分：
本发明中，有机硅树脂的结构式为：
其中，A、B、C、D为含-C＝C的基团、-OCH2-基团、-H或含有-CH3基团中的一种，所述n为5～90000，所述m为1000～50000，优选地，n为3000～25000，所述m为3000～25000。
具体地，有机硅树脂包括功能性聚二甲基硅氧烷和反应型硅氢键聚合物材料，其中，功能性聚二甲基硅氧烷的结构式中，A、B、C、D包括但不限于乙烯基、丙烯基、丁二烯基、甲氧基、乙氧基、丙氧基、甲基、乙基、丙基等。优选地，功能性聚二甲基硅氧烷可以为单乙烯基功能型聚二甲基硅氧烷、双乙烯基功能性聚二甲基硅氧烷、多乙烯基功能性聚二甲基硅氧烷、非乙烯基功能性聚二甲基硅氧烷中的一种或多种的组合。在一实施例中，以100份功能性聚二甲基硅氧烷计算，其中，双乙烯基功能性聚二甲基硅氧烷30-78份，单乙烯基功能性聚二甲基硅氧烷12-65份，多乙烯基功能性聚二甲基硅氧烷0-5份。
反应型硅氢键聚合物材料的结构式中，A、B、C、D包括但不限于氢、甲氧基、乙氧基、丙氧基、甲基、乙基、丙基等。优选地，反应型硅氢键聚合物材料为单氢键功能性聚二甲基硅氧烷、双氢键功能性聚二甲基硅氧烷、多氢键功能性聚二甲基硅氧烷中的一种或多种的组合。在一实施例中，以100份反应型硅氢键聚合物材料计算，单氢键功能型聚二甲基硅氧烷含量为13-42份，双氢键功能型聚二甲基硅氧烷含量为18-46份，多氢键功能型聚二甲基硅氧烷含量为2-69份。
填料包括纳米填料及无机功能性填料，其中纳米填料为一维纳米填料，包括但不限于碳纳米管、纳米银线、纳米氧化锌线中的一种或多种的组合，其长度为10～100μm，直径为10～100nm。无机功能性填料包括但不限于规整多面体结构或者球形形态的石墨类、无机氧化物、金属粉体，如氧化铝、氮化硅、氮化铝、富勒烯、铝粉、钛粉、金刚石粉等。该无机功能性填料的粒径为0.2μm-200μm，较佳地，该无机功能性填料由粒径为0.2-1μm、3-10μm、12-25μm、30-70μm、90-150μm的不同粒径粉体的有效复配而成。
端基改性多面体低聚倍半硅氧烷，基团包括但不限于硅羟基、羧烷基、酰胺基、乙烯基、氨基、甲氧基、乙氧基、硅烷基。
苯乙烯基硅烷主要用于表面活性剂及降低整体材料粘度。苯乙烯基硅烷的粘度为10～300cps，较佳地，其粘度为10～100cps。
催化剂包括但不限于二乙烯四甲基二硅氧烷铂络合物、二乙烯八甲基四硅氧烷铂络合物、过氧化物催化剂。
液体橡胶主要起到增韧、表面增粘等作用，包括但不限于液体丁二烯橡胶、液体丙烯酸酯橡胶、液体三元乙丙橡胶，其粘度为50～2500CPS。
带有表面改性剂接枝的纳米壳核结构粉体是指表面带有非极性基团，如硅烷基、C-C链基团、-CH3基团及可参与反应的氨基的高分子材料通过乳液制备方法制备包覆的纳米球形粉体颗粒，其中，粉体颗粒为氧化铝，氧化硅，氧化镁中的一种，其粒径为10～100nm。
两末端特定官能基的聚二苯基硅氧烷为两端含有烯烃基、端羟基或硅羟基的聚二苯乙烯硅氧烷，主要起到降低粘度及协助反应的作用，其粘度为10～50cps。
液晶型环氧树脂改性有机硅为含有芳酯类和联苯类的材料，起到增强材料基体撕裂强度的作用。
颜料为无机颜料，可根据用户需求选择不同的颜料而将产品做成不同的颜色。
本发明的用于5G通信的双组分导热凝胶的制备方法为：
A组分的制备：
将功能性聚二甲基硅氧烷、含反应型硅氢键聚合物材料、苯乙烯基硅烷及端基改性多面体低聚倍半硅氧烷采用高速分散剂搅拌均匀，搅拌过程中控制原料温度为20～30℃，搅拌速率为1000～2000r/min，搅拌20min得到第一混合物；将第一混合物倒入行星搅拌机中，然后加入纳米填料，控制原料温度为20～30℃，搅拌转速为20～30r/min，搅拌12min后得到第二混合物，再将无机功能性填料分四份逐步加入到行星搅拌机中，每次加入后均采用的条件为：原料温度20～30℃；搅拌转速20～30r/min，搅拌25min。待粉体加完，进行真空抽取，真空度为-0.08MPa以下，原料温度为20～30℃，搅拌转速为60～70r/min，搅拌35min，即得到A组分。
B组分的制备：
将功能性聚二甲基硅氧烷、催化剂、液体橡胶、液晶环氧树脂改性有机硅和两末端特定官能基的聚二苯基硅氧烷采用高速分散机搅拌均匀，搅拌过程中控制原料温度为20～30℃，搅拌转速为1000～2000r/min，搅拌20min，得到第三混合物；然后将第三混合物倒入行星搅拌机中，再将无机功能性填料分四份逐步加入到行星搅拌机中，每次加入后均采用的条件为控制原料温度为20～30℃，搅拌转速为20～30r/min，搅拌25min，待粉体加完，再加入颜料，直到原料搅拌均匀，再进行真空抽取，真空度为-0.08MPa以下，原料温度为20～30℃，搅拌转速为60～70r/min，搅拌35min，即得到B组分。
将A组分和B组分分别装入混合管中，通过静态混合器用3D打印机将产品以一定的速度，按照1:1的比例混合均匀并点胶在铝板上，制备出导热凝胶材料。
为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的一种用于5G通讯高回弹可返修双组分凝胶材料及其制备方法进行详细描述，但不能将其理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
按照上表中的各原料用量分别制备A组分和B组分；
A组分的制备：
将分子量10000的单乙烯基甲氧基聚二甲基硅氧烷、分子量5000的双乙烯基聚二甲基硅氧烷、分子量5000的多丙烯基聚乙氧基硅氧烷、分子量2000双氢键聚二甲基硅氧烷、分子量2000多氢键甲氧基聚二甲基硅氧烷、甲氧基多面体低聚倍半硅氧烷及苯乙烯基硅烷采用高速分散剂搅拌均匀，搅拌过程中控制原料温度为20～30℃，搅拌速率为1000～2000r/min，搅拌20min得到第一混合物；将第一混合物倒入行星搅拌机中，然后加入纳米石墨烯，控制原料温度为20～30℃，搅拌转速为20～30r/min，搅拌12min后得到第二混合物，再分别将多面体球形氧化铝填料和100μm球形氧化铝填料分四份逐步加入到行星搅拌机中，每次加入后均采用的条件为：原料温度20～30℃；搅拌转速20～30r/min，搅拌25min。待粉体加完，进行真空抽取，真空度为-0.08MPa以下，原料温度为20～30℃，搅拌转速为60～70r/min，搅拌35min，即得到A组分。
B组分的制备：
将分子量10000的单乙烯基甲氧基聚二甲基硅氧烷、分子量5000的双乙烯基聚二甲基硅氧烷、分子量5000的多丙烯基聚乙氧基硅氧烷、二乙烯四甲基二硅氧烷铂络合物、液体丁二烯橡胶、芳酯类液晶环氧树脂和乙烯基聚二苯基硅氧烷采用高速分散机搅拌均匀，搅拌过程中控制原料温度为20～30℃，搅拌转速为1000～2000r/min，搅拌20min，得到第三混合物；然后将第三混合物倒入行星搅拌机中，再将多面体球形氧化铝填料分四份逐步加入到行星搅拌机中，每次加入后均采用的条件为控制原料温度为20～30℃，搅拌转速为20～30r/min，搅拌25min，待粉体加完，再加入铁红，直到原料搅拌均匀，再进行真空抽取，真空度为-0.08MPa以下，原料温度为20～30℃，搅拌转速为60～70r/min，搅拌35min，即得到B组分。
将A组分和B组分分别装入混合管中，通过静态混合器用3D打印机将产品以一定的速度，按照1:1的比例混合均匀并点胶在铝板上，制备出导热凝胶材料，将制备的导热凝胶材料进行导热系数、表面粘性及拉伸强度测试，测试结果如表1所示。
实施例2
按照实施例1的制备方法，采用本实施例中的原料配比制备A组分和B组分，将制得的A组分和B组分分别装入混合管中，通过静态混合器用3D打印机将产品以一定的速度，按照1:1的比例混合均匀并点胶在铝板上，制备出导热凝胶材料，将制备的导热凝胶材料进行导热系数、表面粘性及拉伸强度测试，测试结果如表1所示。
实施例3
按照实施例1的制备方法，采用本实施例中的原料配比制备A组分和B组分，将制得的A组分和B组分分别装入混合管中，通过静态混合器用3D打印机将产品以一定的速度，按照1:1的比例混合均匀并点胶在铝板上，制备出导热凝胶材料，将制备的导热凝胶材料进行导热系数、表面粘性及拉伸强度测试，测试结果如表1所示。
实施例4
按照实施例1的制备方法，采用本实施例中的原料配比制备A组分和B组分，将制得的A组分和B组分分别装入混合管中，通过静态混合器用3D打印机将产品以一定的速度，按照1:1的比例混合均匀并点胶在铝板上，制备出导热凝胶材料，将制备的导热凝胶材料进行导热系数、表面粘性及拉伸强度测试，测试结果如表1所示。
实施例5
按照实施例1的制备方法，采用本实施例中的原料配比制备A组分和B组分，将制得的A组分和B组分分别装入混合管中，通过静态混合器用3D打印机将产品以一定的速度，按照1:1的比例混合均匀并点胶在铝板上，制备出导热凝胶材料，将制备的导热凝胶材料进行导热系数、表面粘性及拉伸强度测试，测试结果如表1所示。
实施例6
按照实施例1的制备方法，采用本实施例中的原料配比制备A组分和B组分，将制得的A组分和B组分分别装入混合管中，通过静态混合器用3D打印机将产品以一定的速度，按照1:1的比例混合均匀并点胶在铝板上，制备出导热凝胶材料，将制备的导热凝胶材料进行导热系数、表面粘性及拉伸强度测试，测试结果如表1所示。
实施例7
按照实施例1的制备方法，采用本实施例中的原料配比制备A组分和B组分，将制得的A组分和B组分分别装入混合管中，通过静态混合器用3D打印机将产品以一定的速度，按照1:1的比例混合均匀并点胶在铝板上，制备出导热凝胶材料，将制备的导热凝胶材料进行导热系数、表面粘性及拉伸强度测试，测试结果如表1所示。
对比例1
按照实施例1的制备方法，采用本对比例中的原料配比制备A组分和B组分，将制得的A组分和B组分分别装入混合管中，通过静态混合器用3D打印机将产品以一定的速度，按照1:1的比例混合均匀并点胶在铝板上，制备出导热凝胶材料，将制备的导热凝胶材料进行导热系数、表面粘性及拉伸强度测试，测试结果如表1所示。
对比例2
按照实施例1的制备方法，采用本对比例中的原料配比制备A组分和B组分，将制得的A组分和B组分分别装入混合管中，通过静态混合器用3D打印机将产品以一定的速度，按照1:1的比例混合均匀并点胶在铝板上，制备出导热凝胶材料，将制备的导热凝胶材料进行导热系数、表面粘性及拉伸强度测试，测试结果如表1所示。
表1导热凝胶材料性能测试结果
由表1可知，上述实施例中的双组分导热凝胶的导热系数为6.23～8.23W/m·K，可满足高集成度电子元器件的散热需求，其表面粘性比对比例的表现粘性小，其拉伸强度比对比例的拉伸强度大，从而可起到减震缓冲的作用。当元器件损坏需要返修时，可很容易将导热凝胶材料取下，待更换好原材料后还可将导热凝胶材料贴合重复使用，从而降低了客户端的返修成本且提高了维修的可操作性，特别适用于设备长期在户外或者需要经常维护的比较敏感的电子元器件的场合。
尽管通过以上实施例对本发明进行了揭示，但本发明的保护范围并不局限于此，在不偏离本发明构思的条件下，对以上各构件所做的变形、替换等均将落入本发明的权利要求范围内。
