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高导热填料表面改性的研究及其应用

赵登云  
【摘要】:本文首先研究了改性剂种类和改性剂用量对氧化铝粉体吸油值,活化指数和粒径分布的影响,确定出最佳的改性剂种类和改性剂用量。然后对改性前后的氧化铝粉体进行了SEM以及XRD表征发现改性后的氧化铝晶体结构未发生改变并且团聚现象减小,分散较均匀。最后研究了有机硅灌封胶不同乙烯基硅油配比、不同含氢硅油、不同改性剂种类、不同改性剂用量、不同粒径和形状氧化铝复配,单一氧化铝和复配氧化铝不同填充量以及改性后单一氧化铝和复配氧化铝不同填充量对各项性能的影响。从而优化了有机硅灌封胶的配方和工艺,制备出综合性能良好的高导热有机硅灌封胶。并把该灌封胶与其他厂家类似灌封胶作对比,发现该灌封胶的综合性能较好。本文研究的主要内容为:(1)分散工艺和固化工艺。通过控制分散砂磨机的转速为1500r/min来研究分散时间对灌封胶黏度和热导率的影响。结果发现当分散时间为6 min时,灌封胶具有较低的黏度和较高的热导率。通过对灌封胶固化动力学、凝胶化时间以及表观活化能的研究,确定了最佳的固化工艺和保存方式分别为70℃/1 h 90℃/1 h,A、B双组分单独密封保存。(2)不同乙烯基硅油配比。通过比较乙烯基硅油500,乙烯基硅油[m(500):m(100)=1:1]以及乙烯基硅油[m(500):m(200)=1:1]对灌封胶各项性能的影响。发现[m(500):m(100)=1:1]复配的乙烯基硅油所制备的灌封胶具有较高的热导率,较好的耐热稳定性、力学性能以及电气绝缘性能。(3)不同含氢硅油。通过研究具有不同活性氢质量分数分别为0.05%、0.15%,0.32%和0.5%的含氢硅油对有机硅灌封胶导热性、耐热性、电绝缘性,以及力学性能的影响。发现活性氢质量分数为0.32%的含氢硅油制备的灌封胶具有较好的导热性、耐热性、电绝缘性以及力学性能。(4)不同粒径氧化铝复配。本课题选用角形和球形这两种形状的氧化铝,粒径[m(40μm):m(4μm):m(2μm)=2:7:1、3:6:1、4:5:1、5:4:1、7:2:1、6:3:1]进行复配,通过比较不同配比对灌封胶的黏度、导热性、耐热性、电气绝缘性以及力学性能的影响。从而发现粒径[m(40μm):m(4μm):m(2μm)=5:4:1]由于能够形成有效的堆积,所以该粒径比例复配的氧化铝粉体所填充的灌封胶具有较为优良的综合性能。(5)改性剂种类。为了研究改性剂的种类对氧化铝粉体吸油值以及活化指数的影响并且进一步提高有机硅灌封胶的热导率并且降低灌封胶的黏度。本实验选用硅烷偶联剂KH560、KH570、CG9和CG12对氧化铝表面进行改性。结果表明:硅烷偶联剂CG12改性后的氧化铝粉体具有较低的吸油值和较高的活化指数并且制备的灌封胶综合性能较好。(6)改性剂的用量。通过改变硅烷偶联剂CG12的用量分别为0.6 wt%、1.2 wt%、1.8 wt%和2.4 wt%研究其对单一氧化铝和复配氧化铝粉体吸油值、活化指数、粒径分布以及对制备的灌封胶各项性能的影响。结果表明:较多的改性剂用量容易使粉体发生团聚,较少的改性剂用量使得粉体表面包覆不完全,只有合适的改性剂用量才能达到较好的改性效果。单一氧化铝最佳的改性剂用量为0.6 wt%,复配氧化铝最佳的改性剂用量为1.8 wt%。(7)单一氧化铝和复配氧化铝的填充量。通过改变单一氧化铝的填充量(分别为0、40 wt%、50 wt%、60 wt%、70 wt%、75 wt%)和复配氧化铝的填充量(分别为0、50 wt%、60 wt%、70 wt%、75 wt%、82 wt%)来研究其对灌封胶各项性能的影响。结果表明:随着填充量的增大,单一氧化铝和复配氧化铝所制备的灌封胶的黏度、热导率、耐热性均增大。体积电阻率和击穿强度均减小,拉伸强度先增大后减小,断裂伸长率逐渐降低。在保证具有良好的流动加工性前提下,复配氧化铝的最大填充量(82 wt%)比单一氧化铝(75 wt%)要高,并且填充的灌封胶的综合性能也比单一氧化铝要好。(8)改性后单一氧化铝和复配氧化铝的填充量。选用硅烷偶联剂CG12对单一氧化铝和复配氧化铝进行改性。单一氧化铝所用的改性剂用量为0.6 wt%,复配氧化铝所用的改性剂用量为1.8 wt%。结果发现:改性后单一氧化铝和复配氧化铝的最大填充量(分别为80wt%、87 wt%)比改性前均提高了5 wt%,随着改性后单一氧化铝填充量(分别为50 wt%、60 wt%、70 wt%、75 wt%、80 wt%)和复配氧化铝填充量(分别为60 wt%、70 wt%、75 wt%、82 wt%、87 wt%)的增加,各项性能的变化情况和改性前一致,改性后灌封胶的综合性能较未改性时的好。


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