關鍵詞：灌封膠；導熱系數；導熱填料

摘要：本文研究了導熱填料的形態、粒徑、添加量等參數，對導熱灌封膠的黏度、導熱系數、儲存穩定性等性能的影響。實驗結果表明，選用粒徑分別為40μm與10μm的球形氧化鋁，按質量比2∶1進行復配，可提高灌封膠的導熱系數，降低膠料的黏度。用十六烷基三甲氧基硅烷偶聯劑處理填料，可降低填料的極性，使其與硅氧烷體系有很好的浸潤性。當導熱填料的添加量為350~400份時，制備的導熱灌封膠的導熱系數可達到1W·m-1·K-1以上，阻燃性達到FV-0級，具有優良的觸變性和導電性能。

電子產品設備的小型化和高功率化，要求導熱灌封膠的導熱系數也要不斷提高，但導熱系數高的有機硅灌封膠，其觸變性相對較差，使用時很容易出現氣泡，或因涂抹不均勻而影響散熱效果。同時，高導熱產品的儲存穩定性不好，短時間內即會出現明顯的沉降現象，粉料板結嚴重，影響產品的正常使用，還會影響有機硅灌封膠的電絕緣性能。因此，導熱系數高、觸變性優異、儲存穩定性好，是導熱灌封膠重要的研究發展方向。

導熱填料是賦予有機硅灌封膠導熱性能的主要材料。氧化鋁、氧化鎂是生產中常用的導熱填料，價格適宜，具有較好的絕緣性、熱穩定性及導熱率。本文研究了導熱填料的形態、粒徑、添加量以及不同的硅烷偶聯劑，對導熱灌封膠的黏度、導熱系數、存儲穩定性等性能的影響。

1實驗部分1.1實驗原料

側含氫硅氧烷（結構式 MDnDmHM，其中，n=20，m=10，自制），端乙烯基硅氧烷（乙烯基鏈節的摩爾百分含量 0.60%，揮發分＜ 1%，自制），鉑系催化劑（3000×10-6)，氧化鋁（市售，不同形態，不同粒徑），硅烷偶聯劑，色漿，炭黑，硅微粉，抑制劑 VMC。

1.2主要儀器和設備

數顯黏度計，立式行星動力混合機（5L），硬度計。

1.3導熱灌封膠及膠片的制備

A 組分的制備：將端乙烯基硅氧烷、硅微粉、導熱粉料和炭黑，按原料配比加入動力混合機中，在T=150℃、P ≤ -0.1MPa 的條件下進行脫真空處理2h，待物料溫度降至室溫后加入 Pt 催化劑。

B 組分的制備：將端乙烯基硅氧烷、硅微粉、導熱粉料、抑制劑及側含氫硅氧烷，按原料配比加入動力混合機中，在 T=150℃、P ≤ -0.1MPa 的條件下進行脫真空處理 2h，物料降溫后待用。

將 A、B 組分膠按質量比 1∶1 混合均勻后，在真空箱中進行脫泡處理，然后將混合后的膠料倒入不銹鋼模具中，在 50℃的硫化機上硫化 20min，得到待檢測的樣品。

1.4分析方法

黏度：使用數顯黏度計，根據 GB/T 2794-2013《膠黏劑黏度的測定單圓筒旋轉黏度計法》進行測試。

導熱系數：使用 Hot Disk 導熱儀，根據 ISO22007 導熱率和熱擴散率的標準進行測試。

硬度、拉伸強度、斷裂伸長率等均按照國家標準進行測試。

2結果與討論

2.1不同形態的氧化鋁對導熱灌封膠的影響

氧化鋁的價格適中，導熱系數高，常作為絕緣導熱聚合物的填料。氧化鋁的形貌不同，結構穩定性也不相同，目前常用的導熱氧化鋁通常呈片狀、類球形和球形。表 1 是氧化鋁形貌對灌封膠性能的影響。從表 1 可以看出，相對于片狀與類球形氧化鋁，采用球形氧化鋁制備的導熱灌封膠，黏度更小，觸變性更優。這是因為球狀結構容易堆積緊密，使得填料間的接觸面積大，因而具有較強的拉伸強度；結構穩定性強，且表面能小，顆粒之間不容易粘結，觸變性好。片狀氧化鋁易形成橋狀網絡，填料顆粒之間容易粘附，造成流動阻力大。因此，選擇球狀氧化鋁作為導熱填料時，綜合性能更優。

表 1氧化鋁形貌對灌封膠性能的影響

2.2不同粒徑的氧化鋁對導熱灌封膠的影響

球形氧化鋁不僅具有更高的熱傳導率，還能賦予導熱灌封膠更好的力學性能，更適合作為補強填料使用。加入不同粒徑的球形氧化鋁，導熱灌封膠會產生不同的導熱及其他性能。表 2 是不同粒徑的球形氧化鋁對導熱灌封膠性能的影響。由表 2 可知，采用相同填充量的氧化鋁時，不同的粒徑對膠料的觸變性及機械強度等均有影響。采用小粒徑填料時，具有更好的補強效果與抗沉降性，但膠料的觸變性較差；隨著粒徑增大，灌封膠的黏度逐漸變小，力學性能和導熱系數變好；但粒徑過大會導致導熱灌封膠的強度下降，儲存穩定性變差。這是因為導熱粉料的粒徑越小，其比表面積越大，容易抱團，導致膠料的黏度增大，觸變性變差。實驗結果表明，當球形氧化鋁的粒徑為 10~30μm 時，導熱灌封膠在保持良好的觸變性和導熱性的同時，可實現對灌封膠較好的補強效果。

表 2不同粒徑的球形氧化鋁對導熱灌封膠性能的影響

將不同粒徑的氧化鋁復配后再使用，可增加顆粒間的接觸面積，進而提升灌封膠的觸變性和力學性能。表 3 是不同粒徑的氧化鋁復配使用對灌封膠性能的影響。由表 3 可知，用粒徑小于 40μm與粒徑小于 10μm 的復配氧化鋁制備的導熱灌封膠，觸變性較差，隨著復配氧化鋁的粒徑增大，膠料的黏度逐漸減小，觸變性變好，導熱灌封膠的力學性能、抗沉降性能、導熱系數均逐漸變差。這是因為復配導熱填料的粒徑較小時，比表面積較大，熱傳導能力較強，表面聚集的羥基含量較多，粒子之間的氫鍵較強，但黏度較大，會減緩填料的沉降。因此，將粒徑 40μm 與粒徑 10μm 的球形氧化鋁復配使用，不僅能在膠料體系中形成致密的堆積，而且小粒徑填料的加入還可以提高導熱性能和抗沉降性，大粒徑填料的加入則可以降低體系的黏度，使觸變性變好。

表 3不同粒徑的氧化鋁復配對導熱灌封膠性能的影響

2.3不同添加量的氧化鋁對導熱灌封膠性能的影響

氧化鋁的用量增加可有效提高灌封膠的導熱性能，但用量過多會造成灌封膠的觸變性能變差，黏度增大，機械性能變差。按質量比 2∶1，將 40μm與 10μm 的球形氧化鋁復配使用，考察了不同用量的復配氧化鋁對灌封膠性能的影響，結果見表 4。由表 4 可知，隨著復配氧化鋁的用量增加，膠料的導熱系數逐漸增大，抗沉降性變好，膠料黏度也隨之增大。這是因為膠料的熱量傳遞主要靠聲子完成，氧化鋁用量較少時，其在膠料中可充分地分散，導熱填料粒子之間未產生接觸和作用，導熱系數低；當導熱填料用量達到一定值時，導熱填料粒子間相互接觸，形成鏈狀或者網狀的導熱通路，膠料的導熱率得到大幅度提升。但填料超過一定量后，膠料的黏度增加，觸變性不太好，使用時容易出現氣泡，或因涂抹不均勻而影響散熱效果。考慮到導熱灌封膠的綜合性能，選擇 350~400 份的氧化鋁制備的膠料，應用效果較好。

表 4不同的氧化鋁用量對導熱灌封膠性能的影響

2.4用不同的硅烷偶聯劑處理填料對膠料性能的影響

無機填料在有機硅聚合物體系內的分散性較差，需用硅烷偶聯劑對無機填料進行特定的表面改性處理，從而在其表面引入非極性基團，使之具有親油性，在硅氧烷體系中的浸潤性好，可均勻分散，進而提高導熱填料的用量和導熱系數。因此，無機填料表面改性處理劑的選擇，會直接影響導熱灌封膠的性能。硅烷偶聯劑種類對導熱灌封膠性能的影響結果見表 5。由表 5 可知，與未經表面處理的填料相比，處理后的填料與有機硅氧烷之間的界面張力降低了，分散性得到有效改善，粒子之間不易黏結聚集，膠料黏度得以降低。用十六烷基三甲氧基硅烷改性填料后制備的導熱灌封膠，黏度下降明顯，原因是十六烷基三甲氧基硅烷是長鏈烷基硅烷偶聯劑，更容易在填料的表面包覆，相比另外 2 種硅烷偶聯劑，它的極性最小，因此降低了無機粉料的表面極性，與有機硅氧烷的相容性更好，從而極大降低了流動阻力和體系黏度。但過多的硅烷偶聯劑有助于膠體的燃燒，因此十六烷基三甲氧基硅烷偶聯劑的加入量為 1% 時，填料的處理效果較好，膠片的阻燃性能可達 FV-0 級，膠料具有良好的觸變性。

表 5不同的硅烷偶聯劑對導熱灌封膠性能的影響

3結論

近年來，受到清潔能源的政策扶持，光伏產業在全世界的發展迅速。隨著 EVA 產品向著可降解、無公害、多功能化的方向發展，高透光性膜、冷庫保險膜、防霧滴膜等多功能性薄膜的需求不斷增長，特別是應用于太陽能板的光伏膜的需求旺盛，市場空前廣闊。為此應加大 EVA 制品的開發力度，生產品質在導熱填料的篩選過程中，推薦采用球形氧化鋁，其價格適宜，導熱系數高，制備的導熱灌封膠的黏度小、觸變性好。將粒徑 40μm 與粒徑 10μm 的球形氧化鋁按質量比 2∶1 進行復配使用，既提高了填料的加入量，進而提高了導熱系數，又降低了灌封膠的整體黏度。選用質量分數為 1% 的十六烷基三甲氧基硅烷偶聯劑處理導熱填料，可提高其在硅氧烷體系中的相容性，同時具有抗沉降性。導熱填料的總添加量為 350~400 份時，可以制備出導熱系數在 1W·m-1·K-1以上、阻燃為 FV-0 級、具有優良的觸變性和導電性能的導熱灌封膠。

來源：化工技術與開發

作者：曲雪麗唐山三友硅業有限責任公司~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~