填充型导热硅橡胶研究进展.pdf

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1、第3l卷第6期2015年】2月化学反应工程与工艺Ch锄i捌RcactjonEn百ne翻nga11dTecllll0109yv0131．N06Dec．2015文章编号：lOOl一763l(2015)OD-056D棚lO填充型导热硅橡胶研究进展张先伟，范宏浙江大学化学工程与生物工程学院化学工程联合国家重点实验室，浙江杭州310027摘要：介绍了填充型导热硅橡胶的特点、填料类型和制备工艺，阐述了硅橡胶的导热机理并归纳总结了相关模型及其适用范围；综述了近年来国内外学者在填充型导热硅橡胶复合材料的结构优化与导热性能改善方法上的研究，并针对当前该

2、领域的研究热点和存在问题，提出了进一步改进的思路。关键词：导热硅橡胶制备工艺中图分类号：TQ333．93填料模型机理结构优化文献标识码：A硅橡胶独特的有机一无机杂化分子结构(如图1所示)，赋予了其优于传统橡胶的诸多性能，如耐高低温、低玻璃化温度、耐候、耐磨、电绝缘、阻燃、高化学稳定性及生理惰性等【lo】。自20世纪40年代商业化以来，硅橡胶已被广泛用于航空航天、国防军工、汽车、建筑、电子电器、医疗和食品加工等各个行业【2，3

3、。近串。埘一哇图l硅橡胶主链结构Fig．1Main—chains仃ucnlreofsiIiconembberR

4、，Rl，R2：methyl，phenyl，Vinyl，仃ifluop叩ropylorothero唱atlic铲oups；搠+再=l000一10000年来，随着经济的发展和技术的进步，人们对高性能导热弹性体的要求越来越高，如：高性能电子产品的密封件既要具备优良的散热和绝缘效果，又要防潮防尘防震；化学工业生产和废水处理等领域要求热交换器垫圈同时拥有良好的导热、耐高温和耐化学腐蚀等性能[4】；涡轮增压器空气管道及回油管道柔性接头的使用温度高达205℃，通用橡胶难以承受等。导热硅橡胶具有优良的散热、减震、耐化学腐蚀性和较宽的使用温度(，90～

5、250℃)，能在极限和苛刻环境中保持弹性和使用稳定性，非常适合电子、电器、汽车和仪表等行业的弹性粘接、定位、散热、绝缘及密封使用【5]，因而在导热材料使用领域备受关注。导热硅橡胶分为本征型和填充型两类。普通硅橡胶的导热系数虽然高于传统合成橡胶，但导热性能仍然较差，只有O．2w／(m·K)左右[6J。与在硅橡胶合成或加工过程中改变分子和链节结构以获得较好导热性能的本征型导热橡胶制备技术相比，采用填充方式制备高导热硅橡胶在技术上更易实施【7J。填充型导热硅橡胶不仅保持了硅橡胶自身的性能优势，还具有导热性能优良、生产工艺和配方易调控、产品切

6、换成本低和适合工业化生产等特点。本工作针对填充型硅橡胶的基本制备工艺、导热机理与模型以及导热性能强化途径等方面进行综述。收藕日期：2015．03—3ti修订日期：2015一lO一20。作者简介：张先伟(1990～)，男，博士研究生；范宏(1963～)，男，教授，通讯联系人。E—mail：h胁@zju．edu．cn。基金项目：浙江省科技厅有机硅创新团队项目(2009R50016)。第31卷第6期张先伟等．填充型导热硅橡胶研究进展5671基本制备工艺硅橡胶自身分子链非常柔顺，分子间相互作用力较弱，导致其抗拉和抗撕裂等力学性能较传统合成橡胶

7、差，需通过填料补强来提高性能。填料填充是目前制备高性能硅橡胶复合材料的主要途径，合适的填料在改善硅橡胶力学性能和降低成本的同时，还可显著强化硅橡胶在电、热和磁等方面的特殊功能峭，J。填充型导热硅橡胶主要由硅橡胶基体、补强及导热填料和硫化剂等组成，加工过程中还会经常使用各种改善性能的其他助剂，如降低粘度和增加流动性的稀释剂(硅油，有机溶剂等)，硫化促进剂，结构控制剂(含有羟基或硼原子的低分子有机硅化合物)，增塑剂和交联改性剂等。硅橡胶基体主要有二甲基硅橡胶、甲基乙烯基硅橡胶、甲基苯基乙烯基硅橡胶、氟硅橡胶和氰硅橡胶等类型，其中以甲基乙烯

8、基硅橡胶的使用和研究最为广泛。按硫化机理可分为热硫化型(过氧化物引发自由基交联)、缩聚反应型及加成反应型，常用硫化剂包括过氧化物类(如过氧化二异丙苯，过氧化二叔丁基等)和硅氢加成类(如铂化合物，铂一烯烃配合物等)。补强填料最常用的是各种白炭黑，天然硅酸盐也可作为半补强填料使用。导热填料则是对复合材料导热性能起主要贡献作用的组分，导热填料及其在基体中的分散和复合方式对硅橡胶导热性能的影响一直是国内外导热硅橡胶领域的研究热点。在硅橡胶基体中添加的高导热填料一般为具有自由电子或结晶完整能振动产生声子的固体，包括金属(如Ag，Cu，Al和Fe

9、)、固体氧化物(如BeO，MgO，A1203，Si02和Ti02)、氮化物(如AlN，BN和Si3N4)、碳化物(如SiC)、碳类(如石墨、石墨烯、金刚石和碳纳米管)及混合填料[8，9，l01。部分导热填料的导热系数(九