抗沉降型导热有机硅灌封胶的研究进展

袁珊

摘要：

导热有机硅灌封胶作为一类常用封包材料主要由填料、有机载体及改性剂组成，在未固化前属于液体状，需要具有一定的流动性。大量研究表明黏度低、分散不均匀的灌封胶在存储过程中极易发生沉降。本文对导热有机硅灌封胶的沉降诱因以及如何提高导热填料的抗沉降性能进行综述。分析表明导致沉降的主要原因是导热填料，并且其对导热性和流动性也有较大影响：通过调整导热填料不同粒径、形貌及种类的合理极配，对导热填料进行表面修饰，外加抗沉降剂提升体系的分散稳定性，并提高粉体的抗沉降性能，从而延长导热有机硅灌封胶的使用寿命。

关键词：有机硅，灌封胶，流动性，沉降，导热

前言：

目前应用在整车热治理系统的导热材料有：导热硅胶片、导热绝缘材料、导热灌封胶和导热填缝材料。其中导热灌封胶主要用于电池组、磁芯和其他元器件的灌封导热，具有低粘度、密度低、高渗透渗出性等特点。由于它在未固化前属于液体状，具有流动性，因此相对空气能提供更好的散热效果。作为新能源汽车产业化的关键技术，对汽车电机绕组端部进行灌封保护一直是技术工作者的关注重点。考虑到电机的实际工况条件，所用的灌封胶应具有高导热、流动性好、抗沉降、耐开裂、粘结力强等性能，否则在用于汽车电机时会有灌封困难，增加汽车整重造成汽车能耗比过高的问题。

伴随着信息微电子整机和表面组装技术向小型化、立体集成化快速发展，还对灌封胶的功能性、稳定性、可靠性提出了新的要求。因此，在实现灌封胶阻燃、高导热、低比重的功能性基础上，如何保持优异的流动性和灌封操作性的同时，提升灌封胶抗沉降性能，以获得具有稳定性和可靠性的电子器件封装材料是目前丞虚解决的关键问题。

1. 导热有机硅灌封胶的构成及影响沉降的因素

有机硅灌封胶是指用有机硅制作的一类电子灌封胶，配合一些交联剂、催化剂、填料和其它功能助剂所组成的一种灌封材料[1]，灌封胶的性能主要由导热填料决定，而导热填料添加到一定份数会对有机硅灌封胶的各项性能带来较大影响。目前，除了对导热填料本身进行研究外，还通过在灌封胶中加入各种辅助填料或助剂，以提高灌封胶黏度和触变值，或加入相应的表面改性剂，改善填料与树脂基体的相容性。

2. 导热填料的影响
   1. 对导热性的影响

导热高分子材料的热导率会受到粉体填充量的影响，当填充量较小时，粉体颗粒间没有接触，无法串联形成通路，对体系导热率贡献不大；但当填充量超过某临界点时，通常＞25vol%，粉体颗粒可形成链状和网络的热流传输结构，此时热导率随粉体填充量增加，呈现快速增大趋势[2]。因此，导热填料的填充量对导热性能具有显著影响，如何实现最大填充量则和粉体填料的种类、粒径、形貌、表面性质有关。

2.2对流动性的影响

近年来，随着粉体改性技术的提高，填充量也越来越高，导热粉体在有机硅灌封胶中的占比可以达到96%，材料导热率可以达到5-6W/(m*k)，在如此高填充中常规的导热填料普遍存在难分散的问题，从而造成体系粘度升高，影响导热灌封胶的施工性，进一步还会影响胶粘剂的力学性能。不少研究通过对导热粉体进行表面有机化改性处理，以改善粉体的分散性和与树脂的相容性。

2.3对沉降性的影响

由于灌封胶通常都具有较好的流动性，较低的粘度，导致粉体填料容易发生沉降；另一方面，由于导热填料多为无机相与有机硅油基体的相容性差、密度相差大，导致灌封胶储存时会出现分层或粉体填料沉降等问题，底部变稠板结，上层变稀析出有机相[3]。

为避免导热阻燃灌封胶在储存中出现沉降或油粉分离现象，常常通过提高灌封胶黏度和触变值解决；但过高的黏度和触变值使得灌封胶流动性差，会影响导热阻燃灌封胶在使用中的排泡和灌封等工艺性能。

3. 导热有机硅灌封胶的抗沉降性研究现状

目前，制备抗沉降型导热有机硅灌封胶主要通过调节导热填料和外加抗沉降剂两方面入手。导热粉体填料的研究主要集中在对形貌控制、粒径优化、粒子表面修饰以及主料与其他导热填料的复合。抗沉降剂种类繁多，需根据不同体系需求进行选择。具体的改善抗沉降性的研究现状如下：

3.1调整导热填料不同粒径、形貌及种类的合理极配

不同种类导热填料其本身的热导率并不相同，相差较大。填料粒径大小、形状对导热性能、粘度和流动性也有影响[4]。选用特定形貌的导热填料在有机硅基体中夫人分散性较好，对后期的力学性能影响小。另外，合理的粒径配比有助于实现密集的网络通道，有利于改性处理效果，从而有利于提高灌封胶的抗沉降性。

研究表面，导热填料多种粒径、形状、种类复配，相较于单一导热填料的导热性更高、稳定性更好[5]，相互之间的分子间作用力有利于粉体沉降。

3.2 对导热填料进行表面修饰

目前常通过使用硅烷偶联剂或分散剂对填料进行表面处理，以提高与树脂基体之间的相容性，并降低体系的粘度[6]。虽然硅烷偶联剂能够提高与有机树脂之间的相容性，改善粉体的分散稳定性和均匀性；但是由于分子链的极性太低，胶体组分没有触变比，导致所包覆粉体在填充到极性较高的有机硅油基体中后会快速出现沉降渗油的问题。

3.4 加入抗沉降剂

为了解决粉体沉降问题，人们通常采用添加抗沉降剂的方式，促进填料颗粒在液相中分散，阻止填料凝聚成团和下沉结块，以增强相应体系的抗沉降性、抗结块性并改进稳定性[7]。

常见的防沉降剂按照作用机理分为假塑性抗沉降剂和触变性抗沉降剂，二者之间的差别在于外加剪切力撤除后体系结构恢复的速度。气相二氧化硅、可溶性蓖麻油和聚烯烃浆等假塑性抗沉降剂具有极快的结构恢复速度，在外加剪切力去除后几乎立即恢复结构，因而有利于材料的防沉降性能，但由于假塑性抗沉降剂剪切恢复太快，黏度较大，会对流平产生不利的影响。为满足有机硅灌封胶在电子器件灌封时的施工要求，灌封胶需要具有低黏度和良好的流动性，以便保证在产品中的顺利灌封，因此常选用剪切恢复相对较慢的触变性抗沉降剂，在提高预加填料的树脂部分的抗沉降性能的同时，降低混合后的粘度提高流动性。触变性抗沉降剂主要有有机膨润土，聚脲，有机蜡等，在外加剪切力去除后氢键以合适的速度逐渐恢复，触变性沉降剂可以有效改善材料的抗沉降作用，并且具有优异的流动和流平性，目前的触变性沉降剂多为通过氢键形成网络结构，部分含有N、S等使铂金中毒的元素，不适用于加成型有机硅胶体系。

4. 结语

导热有机硅灌封胶常用于对电子设备进行灌封保护，广泛应用在电子元器件、集成电路板、电路模块、LED芯片等灌封件领域。导热有机硅灌封胶属于固－液分散悬浮体系，其导热填料及其在有机硅树脂中的分散性直接影响着灌封胶的黏度和沉降性，进而对导热性、流动性和稳定性有着较大的影响，抗沉降型导热有机硅灌封胶的研究有利于提高灌封胶的稳定性、可靠性并扩大其应用范围。

参考文献：

[1]赵念. 灌封胶的导热和无卤阻燃改性[D].华南理工大学,2015.

[2]陈精华, 李国一, 胡新嵩, 等. 室温固化导热阻燃有机硅电子灌封胶的制备及性能研究[J]. 材料导报, 2011, 25(8): 1~4.

[3]唐亚夫．降低环氧树脂灌封胶填料沉降的研究［J］．黎明化工，1996( 4) : 34－36．

[4]李国一, 陈精华, 林晓丹, 等. 导热有机硅电子灌封胶的制备与性能研究[J]. 有机硅材料, 2010, 24(5): 283-287.

[5]周文英, 齐暑华, 涂春潮等. 混杂填料填充导热硅橡胶性能研究[J]. 材料工程. 2006, 5(8): 15-19.

[6]牟秋红,冯圣玉,李明强. 表面处理剂对 Al2O3 填充硅橡胶导热性能的影响[J]. 有机硅材料,2009,03:140-143.

[7]黄永军，刘金明，陈芳 . 加成型防沉降有机硅灌封胶的制备［J］. 有机硅材料，2015，29( 1) : 23－26.