低硬度高导热硅橡胶的性能分析

低硬度高导热硅橡胶的性能分析

闫彪彪

蒂普拓普(天津)橡胶技术有限公司天津300385

摘要：随着工业生产和科学技术的发展，低硬度高导热硅橡胶的性能研究越来越广泛，硅橡胶具有优异的耐高低温、耐候、耐老化、电气绝缘等优点，其应用领域也越来越广，因此，导热硅橡胶复合材料的研究引起了人们广泛的重视。本文使用：使用氮化硅和甲基乙烯基硅橡胶制备了导热硅橡胶材料，并对实验的结果进行了对比分析，希望给相关领域研究人员提供一定理论指导。

关键词：低硬度；高导热；硅橡胶

0引言

近年来，随着电子工业的迅速发展，电子电路向小型化、密集化方向聚集，业界对导热材料提出了更新更高要求；除此之外，业界还期望导热材料能够具有质轻、优异力学性能、耐化学腐蚀和易工艺化优点。众所周知，硅橡胶是以聚硅氧烷为主链的弹性体，而聚硅氧烷则由Si－O（硅－氧）链重复连接构成，因而具备耐高低温、耐老化、优良的电绝缘等优异性能，可用来制备导热材料，即导热硅橡胶。导热硅橡胶的制备一般都是采用填充导热填料硫化法，而导热填料可分为金属型和非金属型，金属型导热填料主要有铝、银和铜，非金属型导热填料主要有氮化硅、氮化硼、氮化铝、氧化镁和氧化铝等，但也有人采用石墨和碳纤维制备导热硅橡胶。目前，业界大多采用加大填充量制备导热硅橡胶，但填充量过大会导致硅橡胶力学性能变差，失去减振作用。本文制备了具有低硬度和良好弹性的导热硅橡胶材料。

1提高硅橡胶力学性能的研究

硅橡胶虽然具有独特而优异的耐高低温、耐侯、电气性能等特性，但由于Si－O（硅－氧）键键长较长，取代基较少，所以分子间作用力较低，具有很好的柔性，较好的耐低温性能较低的分子间作用力使得硅橡胶的力学性能较低，从而也限制了它在许多场合的应用。

1.1原材料

生胶：110甲基乙烯基硅橡胶（乙烯基含量分别为0.04%，0.06%，0.08%，0.16%，0.22%，0.3%），浙江合盛有限公司，分子量63万。

补强填料：气相法白炭黑，CAB-O-SILTS-530，美国CABOT公司生产。

硫化剂：双-2，5（2，5-二甲基-2，5-二叔丁基过氧化己烷，DBPMH）。

1.2主要实验仪器设备

电子天平JY10001上海精密科学仪器有限公司

XHS型邵氏A橡胶硬度计营口市材料实验机厂

CH-10-A型测厚仪浙江临海仪表厂

XLD-A型电子式橡胶拉力机长春市第二试验机厂

平板硫化机（型号：XLB-D400×400）青岛市建功橡胶机械厂

粘弹谱仪DMA242德国耐驰公司

1.3硅胶的制备

硅橡胶的制备

硅橡胶采用开放式双辊筒炼胶机加工，辊筒温度为室温。具体工艺如下：首先将硅橡胶生胶加到辊筒上，开动机器，使其包辊后，逐步加入补强填料白炭黑进行混炼，混炼操作时间与填料用量有关，一般在25分钟左右，混炼均匀后，薄通数遍，然后在烘箱中热处理一定时间，冷却后再将混炼胶返炼，然后加入双一2，5，薄通6至8次，打卷下片，于平板硫化机上进行模压，在10MPa压力、160℃×20min又下一段硫化得到硫化胶。二段硫化条件为180℃×2hr、，在烘箱中进行。

1.4性能测试

按现行国家最新标准测试相关性能。

2结果与讨论

不同乙烯基的生胶混用所制备的橡胶片具有更好的拉伸模量，同时，混用生胶的乙烯基含量差距越大，其拉伸模量越大。对于样品1，其100%和300%定伸模量分别为1.471MPa和3.923MPa，分别是样品7的120.5%和131.0%。对于乙烯基含量为0.3%的生胶和低乙烯基含量的生胶混用时，其撕裂强度较高，这说明高乙烯基和低乙烯基含量的生胶混用，能提高橡胶的撕裂性能。但是，不同乙烯基生胶混用大大降低了其伸长率。不同乙烯基含量的生胶混用对拉伸强度没有明显的影响。

究其原因，这是因为在不同乙烯基生胶混用过程中，高乙烯基含量的生胶起到了集中交联的目的，因此造成了交联方式的不同。对于单乙烯基含量的生胶中的乙烯基是平均分布，其硫化后，交联点在橡胶中的分布是平均分布，即交联方式是均布交联而不同乙烯基生胶混用则是由于乙烯基分布的集中程度不同，造成了交联方式的不同，即集中交联。

通过对不同乙烯基含量的生胶混用制备硅橡胶的研究表明不同乙烯基含量的生胶混用，其交联点的分布是集中分布，硫化后交联方式为集中交联，而单乙烯基含量的生胶为均布交联，并且，集中交联的橡胶有更大的拉伸模量和更高的撕裂强度。交联密度和交联点之间的平均分子量测试表明，当低乙烯基含量的生胶和一种高乙烯基含量的生胶混用时，平均分子量随着生胶乙烯基含量的升高而先增大后减小同时，不同乙烯基含量的生胶混用其交联密度比0.16%单乙烯基含量的生胶的交联密度要大，即能更好的交联。动态力学测试表明，所有的样品具有不同的玻璃化转变温度。

当乙烯基含量为0.04%，0.06%，0.08%的生胶和0.22%生胶混用时，玻璃化转变温度先降低后升高，这与溶胀法测得的平均分子量的规律相吻合，但是对于乙烯基含量为0.04%，0.06%，0.08%的生胶和0.30%生胶混用时，玻璃化转变温度随着乙烯基含量的升高而升高，这表明乙烯基含量为0.04%和0.30%和混用时，橡胶在低温下有更好的弹性，即较好的耐低温性能。这说明，不同乙烯基生胶混用可以降低橡胶的玻璃化转变温度，提高橡胶的耐低温性能。

3动力学性能测试

玻璃化转变温度能很好地反应聚合物分子链的运动能力，尤其是其耐低温性能，因此玻璃化转变温度的测试具有重要的意义。一般地，分子链运动能力越差，其玻璃化转变温度越高。由于交联能降低分子链的运动能力，因此，随着交联密度的增大，玻璃化转变温度将升高。当然，玻璃化转变温度还受其他因素的影响，如聚合物的分子量，聚合物的结构，测试条件等。

硅橡胶的力学性能见表1。图1是样品的应力一应变曲线，它反映了样品的拉伸模量。从图1可以看出，按照样品的顺序，100%和300%定伸模量依次降低，与单乙烯基含量的样品相比，不同乙烯基的生胶混用所制备的橡胶片具有更好的拉伸模量，同时，混用生胶的乙烯基含量差距越大，其拉伸模量越大。对于样品1，其100%和300%定伸模量分别为1.471MPa和3.923MPa，分别是样品1的120.5%和131.0%。对于乙烯基含量为0.3%的生胶和低乙烯基含量的生胶混用时，其撕裂强度较高，这说明高乙烯基和低乙烯基含量的生胶混用，能提高橡胶的撕裂性能。但是，不同乙烯基生胶混用大大降低了其伸长率。不同乙烯基含量的生胶混用对拉伸强度没有明显的影响。

虽然所有的样品的乙烯基含量相同，可是由于乙烯基的分布不同，使得橡胶的交联状态不同，从而使得他们的交联密度也不相同。通过溶胀法测试的橡胶的交联点间平均分子量和交联密度列于表2。

玻璃化转变温度能很好地反应聚合物分子链的运动能力，尤其是其耐低温性能，因此玻璃化转变温度的测试具有重要的意义。一般地，分子链运动能力越差，其玻璃化转变温度越高。由于交联能降低分子链的运动能力，因此，随着交联密度的增大，玻璃化转变温度将升高。当然，玻璃化转变温度还受其他因素的影响，如聚合物的分子量，聚合物的结构，测试条件等。

4结束语

本文的研究工作虽然取得了一定的进展，但是还有许多要改进的地方，例如如何在加工过程对填料的取向进行控制，使其在导热方向上有规律的排列，形成较好的导热通路如何更好地改善有机和无机相之间的相容性来减小声子在导热过程中的界面热耗如何能减小硅橡胶的表面迁移现象以及如何提高导热硅橡胶复合材料的力学性能等。

参考文献

[1]许强.导热硅橡胶的制备和性能研究[D].山东大学，2010.

[2]曾尤，郑雅轩，英哲，等.一种含有石墨烯的高导热硅橡胶复合材料及其制备方法:，CN103627179A[P].2014.