一种双组份高填充低粘度灌封胶及其制备方法与应用与流程

1.本发明涉及led驱动电源的导热灌封领域。特别涉及一种双组份高填充低粘度灌封胶及其制备方法与应用。


背景技术：

2.加成型有机硅灌封胶用于电子模块灌封有其独特的优点，安全环保，固化不放热，不释放小分子物质，深层固化好，固化收缩率低、内应力小，对精密电子元器件损伤小，同时交联密度及固化速度易控制，应用工艺性能优良，特别是其固化物耐高低温性能优良，可在-60至250℃长期使用，被广泛应用在通讯电子、太阳能、led、汽车、航空航天等领域。
3.近些年led的快速发展，led驱动电源对加成型有机硅灌封胶的需求量快速增加，目前应用于led驱动电源的加成型有机硅灌封胶以导热系数0.6-0.8w/m.k的为主，少部分大功率的驱动电源会采用导热系数1.0w/m.k的灌封胶。导热系数0.6-0.8w/m.k的灌封胶技术方案都是采用价格低的硅微粉作为导热填料，填充量在60-70％，粘度在1000-4000mpa.s，再进一步提高硅微粉的填充量至约75％时，所制备的灌封胶导热系数才能达到1w/m.k，而此时灌封胶的粘度高达10000mpa.s甚至更高，丧失了流动性，无法满足led驱动电源的灌封工艺要求。因此，目前应用于led大功率驱动电源的导热系数1.0w/m.k的灌封胶均采用氧化铝作为填料的技术方案，但氧化铝制备的灌封胶存在价格高，密度高(2.2-2.3g/cm3)的缺点，使得led驱动电源厂家的综合用胶成本提高50％以上，大大限制了led驱动电源行业的健康快速发展。同时，因为硅微粉相比较于基础聚合物的价格要低很多，一旦75％高填充硅微粉的灌封胶技术瓶颈突破，其成本比低填充的0.6-0.8w/m.k导热灌封胶也要低，因此高填充75％硅微粉的灌封胶可以适用led驱动电源的所有市场，且大幅度降低led行业的材料成本，具有非常大的现实意义。


技术实现要素：

4.本发明的首要目的在于解决上诉现有技术的难点和不足之处，提供一种双组份高填充低粘度灌封胶。
5.本发明的另一目的在于提供上述双组份高填充低粘度灌封胶的制备方法。
6.本发明的再一目的在于提供上述双组份高填充低粘度灌封胶的应用。
7.本发明的目的通过下述技术方案实现：
8.一种双组份高填充低粘度灌封胶，包括a组分和b组分；
9.a组分包含以下按质量百分比计的组分：基胶90％、端乙烯基硅油9.7％、色料0.1％、铂金催化剂0.2％；
10.b组分包含以下按质量百分比计的组分：基胶90％、端乙烯基硅油2.95％、端含氢硅油4％、侧含氢硅油3％、抑制剂0.05％。
11.所述的基胶是通过端乙烯基硅油和表面处理剂处理硅微粉后得到的混合物料；更优选通过如下步骤制备得到：将端乙烯基硅油和表面处理剂混合后，再与硅微粉填料混匀
后反应，得到基胶，其中，端乙烯基硅油、表面处理剂和硅微粉按质量比95～105：0.4～0.6：500配比。
12.所述的混合优选为在捏合机中进行混合。
13.在捏合机中混合的条件优选为于8～12hz搅拌分散10～20min；更优选为于10hz搅拌分散15min。
14.所述的硅微粉填料在加入端乙烯基硅油和表面处理剂混合料时优选为分次加入，每次加入后需混合均匀。
15.所述的分次加入中的次数优选为至少2次；更优选为3次。
16.硅微粉填料分3次加入端乙烯基硅油和表面处理剂混合料时硅微粉填料优选按50％、30％、20％的质量比例进行添加。
17.所述的混匀的条件优选为于30～40hz搅拌分散20～40min；更优选为于35hz搅拌分散30min。
18.所述的反应的条件优选如下：于90～100℃搅拌反应20～40分钟，接着维持温度在90～100℃，抽真空搅拌1～3h，氮气卸压，得到基胶。
19.所述的搅拌反应的时间优选为30分钟。
20.所述的抽真空搅拌的时间优选为2h。
21.所述的端乙烯基硅油、表面处理剂和硅微粉优选按质量比100：0.5：500配比。
22.所述的表面处理剂优选为正戊酸、正己酸和正庚酸中的至少一种；更优选为正己酸。
23.所述的硅微粉填料为结晶型硅微粉，优选为中位粒径是8～12微米的结晶型硅微粉；更优选为中位粒径是10微米的结晶型硅微粉。
24.本发明中所述的端乙烯基硅油优选为端乙烯基聚二甲基硅氧烷(vi-pdms)，优选粘度是200～250mpa.s、乙烯基质量含量在0.58～0.68％的端乙烯基聚二甲基硅氧烷；更优选粘度是230mpa.s、乙烯基质量含量在0.58～0.68％的端乙烯基聚二甲基硅氧烷。
25.所述的色料优选为黑色料；更优选为炭黑甲基硅油复合色膏；最优选为炭黑含量是质量百分比30％的炭黑甲基硅油复合色膏。
26.所述的铂金催化剂优选为铂(0)-二乙烯基四甲基二硅氧烷复合物(cas no.68478-92-2)；更优选为铂金含量5000ppm的铂(0)-二乙烯基四甲基二硅氧烷复合物。
27.所述的端含氢硅油为端氢聚二甲基硅氧烷；优选粘度是10～30mpa.s、含氢量0.13～0.17％的端氢聚二甲基硅氧烷；更优选粘度是10～30mpa.s、含氢量0.15％的端氢聚二甲基硅氧烷。
28.所述的侧含氢硅油为侧氢聚二甲基硅氧烷；优选粘度是40～80mpa.s、含氢量0.16～0.2％的侧氢聚二甲基硅氧烷；更优选粘度是40～80mpa.s、含氢量0.18％的侧氢聚二甲基硅氧烷。
29.所述的抑制剂优选为四甲基四乙烯基环四硅氧烷。
30.上述双组份高填充低粘度灌封胶的制备方法，包括以下步骤：
31.(1)a组分的制备：
32.a)将基胶、端乙烯基硅油、色料混合，升温至70～80℃抽真空搅拌，氮气卸真空并降温冷却；
33.b)接着加入铂金催化剂抽真空搅拌，氮气卸真空，得到a组分；
34.(2)b组分的制备：
35.a)将基胶、端乙烯基硅油、端含氢硅油和侧含氢硅油混合，升温至70～80℃抽真空搅拌，氮气卸真空并降温冷却；
36.b)接着加入抑制剂抽真空搅拌，氮气卸真空，得到b组分。
37.步骤(1)a)中所述的混合优选为通过动力混合机混合；操作条件优选为于高速频率30～40hz、低速频率20～30hz搅拌20～40分钟；更优选为于高速频率35hz、低速频率25hz搅拌30分钟。
38.步骤(1)a)中所述的抽真空搅拌的条件优选如下：真空度0.08mpa以上、高速频率30～40hz、低速频率20～30hz搅拌50～70分钟；更优选如下：真空度0.08mpa以上、高速频率35hz、低速频率25hz搅拌60分钟。
39.所述的真空度优选为0.08～0.1mpa。
40.步骤(1)a)中所述的冷却的程度优选为冷却至60℃以下。
41.步骤(1)b)中所述的抽真空搅拌的条件优选如下：真空度0.08mpa以上、高速频率20～30hz、低速频率20～30hz搅拌10～30分钟；更优选如下：真空度0.08mpa以上、高速频率25hz、低速频率25hz搅拌20分钟。
42.所述的真空度优选为0.08～0.1mpa。
43.步骤(2)a)中所述的混合优选为通过动力混合机混合；操作条件优选为于高速频率30～40hz、低速频率20～30hz搅拌20～40分钟；更优选为于高速频率35hz、低速频率25hz搅拌30分钟。
44.步骤(2)a)中所述的抽真空搅拌的条件优选如下：真空度0.08mpa以上、高速频率30～40hz、低速频率20～30hz搅拌50～70分钟；更优选如下：真空度0.08mpa以上、高速频率35hz、低速频率25hz搅拌60分钟。
45.所述的真空度优选为0.08～0.1mpa。
46.步骤(2)a)中所述的冷却的程度优选为冷却至60℃以下。
47.步骤(2)b)中所述的抽真空搅拌的条件优选如下：真空度0.08mpa以上、高速频率20～30hz、低速频率20～30hz搅拌10～30分钟；更优选如下：真空度0.08mpa以上、高速频率25hz、低速频率25hz搅拌20分钟。
48.所述的真空度优选为0.08～0.1mpa。
49.上述双组份高填充低粘度灌封胶在led驱动电源灌封中的应用。
50.所述的双组份高填充低粘度灌封胶在led驱动电源灌封中的应用，包括如下步骤：将a组分和b组分按质量比1：1配比混合，得到的混合物料即可用于led驱动电源灌封。
51.本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
52.本发明通过使用适当结构的表面处理剂对硅微粉填料进行适当的表面改性处理，得到了高填充75％硅微粉的双组份加成型有机硅灌封胶，其具有低的粘度、高的导热系数、低的密度、不沉淀板结、低成本、高绝缘的优异综合性能，非常适用于led驱动电源的散热灌封用途；同时本发明的原料易得、制备方法简单易行，容易产业化，可以降低led驱动电源的灌封用胶综合成本50％以上。
具体实施方式
53.下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
54.实施例1
55.一种双组份高填充低粘度灌封胶，包括通过如下步骤制备得到的基胶、a组分和b组分；该双组份高填充低粘度灌封胶使用时是将a组分和b组分按质量比1：1混合均匀得到。份数均为质量份数。
56.(1)基胶的制备：将端乙烯基硅油(端乙烯基聚二甲基硅氧烷，230mpa.s，乙烯基质量含量0.63
±
0.05％，型号629v-230m，江西蓝星星火有机硅有限公司)100份和表面处理剂正己酸(市售)0.5份加入到捏合机中，频率10hz搅拌分散15分钟，然后分三次(250份、150份、100份)将硅微粉(中位粒径10微米，型号b03-5，连云港华威硅微粉有限公司)填料500份加入到捏合机中，每次采用35hz搅拌分散30分钟，然后开启升温并搅拌，待物料温度升至90-100℃进行搅拌反应30分钟，然后开启抽真空，维持温度在90-100℃，抽真空(真空度0.08-0.1mpa)搅拌2h，然后氮气卸压，待物料降至70℃以下，停机出料，获得基胶。
57.(2)a组分的制备：将基胶(步骤(1)制备的基胶)90份、端乙烯基硅油(端乙烯基聚二甲基硅氧烷，230mpa.s，乙烯基质量含量0.63
±
0.05％，型号629v-230m，江西蓝星星火有机硅有限公司)9.7份、色料(u黑色料，佛山市卡乐尔新材料有限公司)0.1份依次加入动力混合机中，高速频率35hz、低速频率25hz搅拌30分钟，搅拌同时开启升温；然后控制物料温度70-80℃，进行抽真空搅拌(真空度0.08-0.1mpa，高速频率35hz、低速频率25hz)60分钟，氮气卸真空并降温冷却至物料温度60℃以下，加入铂金催化剂(kpt5000，东莞科贝硅胶材料有限公司)0.2份，抽真空搅拌(真空度0.08-0.1mpa，高速频率25hz、低速频率25hz)20分钟，氮气卸真空，即获得a组分；
58.(3)b组分的制备：将基胶(步骤(1)制备的基胶)90份、端乙烯基硅油(端乙烯基聚二甲基硅氧烷，230mpa.s，乙烯基质量含量0.63
±
0.05％，型号629v-230m，江西蓝星星火有机硅有限公司)2.95份、端含氢硅油(uc-616-15，含氢量0.15％，嘉兴联合化学有限公司)4份、侧含氢硅油(低含氢硅油0.18，含氢量0.18％，江西华昊化工有限公司)3份，依次加入动力混合机中，高速频率35hz、低速频率25hz搅拌30分钟，搅拌同时开启升温，控制物料温度70-80℃，然后进行抽真空搅拌(真空度0.08-0.1mpa，高速频率35hz、低速频率25hz)60分钟，氮气卸真空并降温冷却至物料温度60℃以下，加入抑制剂(四甲基四乙烯基环四硅氧烷，型号vm-20，浙江衢州建橙有机硅有限公司)0.05份，抽真空搅拌(真空度0.08-0.1mpa，高速频率25hz、低速频率25hz)20分钟，氮气卸真空，即获得b组分。
59.实施例2
60.将实施例1中步骤(1)中的表面处理剂正己酸等量替换为正戊酸，其余同实施例1。
61.实施例3
62.将实施例1中步骤(1)中的表面处理剂正己酸等量替换为正庚酸，其余同实施例1。
63.对比例1
64.将实施例1中步骤(1)中的表面处理剂正己酸等量替换为正丁酸，其余同实施例1。
65.对比例2
66.将实施例1中步骤(1)中的表面处理剂正己酸等量替换为正辛酸，其余同实施例1。
67.对比例3
68.将实施例1中步骤(1)中的表面处理剂正己酸等量替换为硬脂酸，其余同实施例1。
69.对比例4
70.将实施例1中步骤(1)中的表面处理剂正己酸去掉，其余同实施例1。
71.效果实施例
72.本发明实施例和对比例制备的双组份高填充低粘度灌封胶的相关性能测试：
73.(1)粘度：取本发明灌封胶的a组分、b组分采用gb/t2794-1995进行粘度测试；
74.(2)导热系数：取本发明灌封胶a组分、b组分等质量混合均匀，真空脱泡5分钟，然后倒入聚四氟乙烯模具中，于70℃烘烤30分钟，冷却到室温后裁切25
×
25
×
3mm尺寸样片，采用asdm d5470测试。
75.(3)硬度：取本发明灌封胶a组分、b组分等质量混合均匀，真空脱泡5分钟，然后倒入聚四氟乙烯模具中，于70℃烘烤30分钟，冷却到室温后裁切100
×
100
×
6mm尺寸样片，采用gb/t531.1-2008测试。
76.(4)阻燃性能：取本发明灌封胶a、b组分等质量混合均匀，真空脱泡5分钟，然后倒入聚四氟乙烯模具中，于70℃烘烤30分钟，冷却到室温后裁切125
×
13
×
3mm尺寸样片，采用ansi/ul-94-1985测试。
77.(5)介电强度：取本发明灌封胶a、b组分等质量混合均匀，真空脱泡5分钟，然后倒入聚四氟乙烯模具中，于70℃烘烤30分钟，冷却到室温后裁切50
×
50
×
1mm尺寸样片，采用gb/t1695-2005测试。
78.(6)密度：取本发明灌封胶a、b组分等质量混合均匀，真空脱泡5分钟，然后倒入聚四氟乙烯模具中，于70℃烘烤30分钟，冷却到室温后裁切10-20克样片，采用gb/t13477.2-2002测试。
79.结果如下：
80.性能实施例1实施例2实施例3对比例1对比例2对比例3对比例4a组分粘度(mpa.s)320035003600720089001950017500b组分粘度(mpa.s)270030003200680080001750016000密度(g/cm3)1.9011.9061.9021.9021.9011.9021.913导热系数(w/m.k)1.0571.0931.0491.0351.0311.0191.124硬度(shore a)60615959595862阻燃性能v-0v-0v-0v-0v-0v-0v-0介电强度(kv/mm)23.123.622.922.622.822.422.8
81.从上表可以看出，本发明实施例1-3采用表面处理剂正己酸、正戊酸、正庚酸表面处理硅微粉制备基胶，其制备的双组份高填充75％硅微粉的灌封胶具有低的ab组分粘度，分别是a组分3200mpa.s、3500mpa.s、3600mpa.s，b组分2700mpa.s、3000mpa.s、3200mpa.s，都可以较好满足led驱动电源的灌封工艺要求，同时其导热系数分别达到了1.057w/m.k、1.093w/m.k、1.049w/m.k，密度也只有1.9g/cm3，同时硬度、阻燃和介电强度等综合性能优异。
82.对比例1-3采用表面处理剂正丁酸、正辛酸和硬脂酸制备基胶，其制备的双组份高填充75％硅微粉的灌封胶的密度、导热系数、硬度、阻燃和介电强度虽然和实施例1差异不大，但是粘度显著上升，a组分粘度分别上升了125％、178％、509％，b组分粘度分别上升了
151％、196％、548％，已经无法满足led驱动电源的灌封施工工艺要求。
83.对比例4采用不添加表面处理剂的方式制备基胶，其制备的双组份高填充75％硅微粉的灌封胶的密度、导热系数、硬度、阻燃和介电强度虽然和实施例1差异不大，但是粘度也存在显著上升，a组分粘度上升了446％，b组分粘度上升了492％，也无法满足led驱动电源的灌封施工工艺要求。
84.可见，本发明技术方案制备的双组份高填充低粘度灌封胶不仅导热系数高、粘度低、密度低，成本低，同时硬度适中，阻燃性能和电绝缘性能优异，非常适合led驱动电源的灌封用途。
85.以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式，但是本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。