高绝缘室温硫化导热硅橡胶的制备及性能

龙腾

摘要：以端羟基聚二甲基硅氧烷为基体硅油，Al2O3为基础导热填料，以二氧化硅（SiO2）部分代替Al2O3，制得高绝缘室温硫化导热硅橡胶，再用纳米Al2O3对高绝缘室温硫化导热硅橡胶进行改性，并对其绝缘性能、导热性能、力学性能等进行测试分析。结果表明：当SiO2、Al2O3的配比为60：40、总填充量为65%时，硅橡胶的电气强度可达27.1kV/mm。当纳米Al2O3填充量占粉体总量的1.5%时，硅橡胶的电气强度达到28.0kV/mm，渗油率为0.9%，综合性能良好。

关键词：高绝缘；室温；硫化导热硅橡胶；制备；性能

1.前言

在室温环境下硫化硅橡胶的综合性能比较稳定，有很强的耐腐蚀性，很强的耐低温性，很强的耐氧化性，并且也有着很强的绝缘性能。正是由于这一系列的优点，硫化硅橡胶在很多领域都有着越来越广泛的应用，例如电子领域，电气领域，航空领域，建筑行业，汽车行业等等，并且其发展潜力也是巨大的，随着社会的进一步发展，国家整体经济水平的不断提升，科学技术也在不断发展为了迎合社会不断发展的需要，对于硅橡胶的导热性能以及绝缘性能也提出了更高的要求，利用导热填料进行填充不失为题还是等硅橡胶导热性能的好方法，但是一般情况下会导致导热硅橡胶复合材料的电绝缘性能明显下降，因此很难真正满足一些电气电子的具体的使用要求，另外，导热填料和硅油的密度差异比较大，所以导热填料很容易在硅油中由于自身密度大而沉降到底部，因此无法满足硅橡胶在硫化之前的保存要求，本研究利用微米级三氧化二铝（Al2O3）制备RTV导热硅橡胶，在此基础上，添加二氧化硅（SiO2）提高复合材料的电绝缘性能，进一步添加纳米Al2O3抑制导热填料的沉降，同时进一步提高RTV硅橡胶的电绝缘性能。

2.实验

2.1原材料与实验仪器

羟基硅油（DY-OH501），黏度（25℃）为1000mPa•s，羟基含量为0.3%，山东大易化工有限公司；四甲氧基硅烷(TMO)、十二烷基三甲氧基硅烷(N3112)，荆州市江汉精细化工有限公司；二月桂酸二丁基锡，化学纯，阿拉丁试剂；SiO2，平均粒径为10μm，长兴伟业化工有限公司；球形Al2O3(10μm)、纳米Al2O3(平均粒径为40nm)，南京天行新材料有限公司。电压击穿试验仪（ZJC-50kV）、电阻试验仪ZST-121），北京中航时代仪器设备有限公司；导热系数仪，TC-3000E，西安夏溪电子科技有限公司；邵氏硬度计，LX-A，深圳华亿天诚贸易有限公司；旋转黏度计，NDJ-7，上海昌吉地质仪器有限公司；万能电子试验机，CMT4304，深圳新三思材料检测有限公司；高速分散机，QSD，天津市材料试验机厂；手套箱，SG1200/750TS-F，威格高纯气体设备科技有限公司。

2.2实验过程

将100份α，ω-端羟基聚二甲基硅氧烷与Al2O3、SiO2、纳米Al2O3置于高速分散机配套的物料桶中，通入N2并连接好冷却装置，高速分散机转速设为1500r/min，搅拌30min后，在真空干燥箱中进行真空脱泡，然后在手套箱中在通N2条件下加入8份四甲氧基硅烷和0.6份二月桂酸二丁基锡，混合均匀，将配制好的胶料倒入模具中室温硫化2～3h，得到高绝缘RTV导热硅橡胶。

2.3测试与表征

电气强度：按照GB/T1695—2005测定，试样厚度为1mm；体积电阻率：按照GB/T1410—2006测定；导热系数：按照GB/T11205—2009测定；拉伸强度：按照GB/T528—2009测定；黏度：按照GB/T2794—2013测定；渗油率：将胶料放置在50mL量筒中室温静置，以密封贮存一个月后油层体积与总体积的比值表示。

3.结果与讨论

3.1Al2O3填充对硅橡胶性能的影响

Al2O3填充量对硅橡胶性能的影响如表1所示。从表1中可以看出，随着Al2O3填充量的增加，体系黏度不断增大，硅橡胶的拉伸强度明显提高。这是因为Al2O3粉体本身具有补强效果，而且硅烷偶联剂与粉体的羟基和硅橡胶基体的长分子链均能发生反应，形成交联点，增大了分子间作用力。但是从表1可以看出，Al2O3单一填充时体系的沉降情况严重，即使在填充量为75%、黏度高达32000mPa•s时，渗油率仍在10.6%，达不到使用要求。Al2O3填充量对硅橡胶导热系数及体积电阻率的影响如图1所示。从图1可以看出，导热系数随

着Al2O3填充量的增加而增大，在Al2O3填充量为40%时，导热系数仅为0.33W/(m•K)，当填充量增加至75%时，导热系数增大到0.98W/(m•K)。这是因为导热粉体填充量的增加，粒子间相互接触使得体系内有更多的导热网链。但随着Al2O3填充量的增加，硅橡胶的体积电阻率不断降低，由2.4×1012Ω•m下降至1.3×1011Ω•m。

3.2SiO2对硅橡胶电气强度的影响

为提高RTV导热硅橡胶的电气强度，采用SiO2与Al2O3复配填充，考虑到体系黏度等因素的限制，总粉体填充量为65%，其中SiO2、Al2O3的配比从40：60变化到65：35。SiO2填充量对硅橡胶性能的影响如表2所示。由表2可以看出，随着SiO2填充量的增加，黏度不断上升，拉伸强度也大体保持上升的趋势；在防沉降方面，SiO2的填充很大程度上降低了渗油率，渗油率最低值只有1.8%，与单一填充65%的Al2O3时相比，渗油率显著降低。由表2还可以看

出，随着SiO2填充量的增加，电气强度先增大，当SiO2、Al2O3的配比为60：40时达到最大值27.1kV/mm，而配比为65：35时电气强度急剧减小至19.6kV/mm，这可能是由于SiO2的分散性以及与硅橡胶基体之间的相容性并不是非常好，发生了团聚导致体系的电气强度降低。此外，随着SiO2填充量的增加，导热系数先下降后升高，体积电阻率先升高后降低。虽然SiO2的导热性能不如Al2O3，但是因为SiO2的密度相对较小，当质量分数相同时，体积分数增加，所以SiO2的加入不会明显影响到硅橡胶的导热性能。当SiO2、Al2O3的配比为60：

40时，体系的综合性能良好，此时硅橡胶的电气强度为27.1

kV/mm，导热系数为0.62W/(m•K)，体积电阻率为2.4×1013Ω•m。因此，以下实验均采用此配比。米Al2O3填充量的增加呈下降趋势，从1.9×1013Ω•m下降至0.7×1013Ω•m。

3.3纳米Al2O3改性

在上述配比下，利用纳米Al2O3进一步改善RTV导热硅橡胶的绝缘性能与防沉降性能。纳米Al2O3填充量对RTV导热硅橡胶性能的影响如表3所示。由表3可以看出，纳米Al2O3的加入对拉伸强度的影响并不明显，但由于纳米粒子较大的比表面积，黏度随之上升。渗油率随着纳米Al2O3填充量的增加逐渐降低，防沉降性能优良。体积电阻率随纳纳米Al2O3填充量对硅橡胶电气强度的影响如图2所示。由图2可以看出，纳米Al2O3的填充可以提高体系的电气强度，在填充量为1.5%时达到最大值28.0kV/mm，之后又有所下降。纳米Al2O3填充量对硅橡胶导热系数的影响如图3所示。由图3可以看出，随着纳米Al2O3填充量的增加，导热系数呈上升趋势但变化不大。

综上所述，纳米Al2O3填充量为1.5%时硅橡胶的综合性能最优，此时，电气强度达到28.0kV/mm，导热系数为0.64W/(m•K)，体积电阻率为0.8×1013Ω•m，渗油率为0.9%，防沉降性能优良。

4.结语

（1）SiO2可以提高导热硅橡胶的电绝缘性能。当SiO2、Al2O3的填充比例为60：40、总填充量为65%时，硅橡胶的综合性能良好，具有较好的电绝缘性能以及防沉降性，电气强度达到27.1kV/mm，导热系数为0.62W/(m•K)。

（2）纳米Al2O3的添加不仅可以提高硅橡胶的绝缘性能，同时对其防沉降性能也起到提升作用。当纳米Al2O3填充量占粉体总量的1.5%时，硅橡胶的电气强度达到28.0kV/mm，导热系数为0.64W/(m•K)，体系几乎无沉降，贮存稳定性良好，综合性能优良。

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