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        導熱硅膠產品的分層原因解析及應對

        2021-11-23 09:39:15

        有機硅導熱灌封膠、導熱粘接膠導熱硅脂等產品,都是由導熱填料分散在有機聚硅氧烷中形成的復合物。導熱產品為了提高整體的導熱效能,通常需要填充大量的導熱填料,如氧化鋅、氧化鋁、氧化鎂、氮化鋁、氮化硼、碳化硅等等。這些填料粒子的密度都比較大,在儲存期間會受到重力的作用而出現不同程度的沉降分層現象,同時填料粒子間的也會促使填料粒子互相結合并逐漸凝聚成更大的顆粒,使得沉降分層加劇。


        沉降分層會影響產品的使用性,比如有機硅導熱灌封膠存放后填料會沉在底部,使用前需要先進行適當的攪拌,以確保后續的混合效果。導熱粘接膠分層后會導致硅油和助劑在膠瓶口的部位聚集,施工時需要先將膠瓶口的少量產品擠出再正常使用,影響工藝的連續性。因此,如何減緩沉降分層的現象發生,是產品設計開發過程中需要認真考慮的問題。

        根據斯托克斯定律,填料的沉降速度與研磨細度成反比,與填料密度成正比,隨體系黏度增加而下降,而實際影響沉降的因素較為復雜,可以分別從填料、助劑和生產工藝這幾方面入手。


        1.選擇合適的填料并對填料進行表面處理


        使用粒度更小的導熱填料和提高體系的黏度可以在一定程度上延緩導熱填料的沉降,但是對于大多數應用場合,增加體系黏度勢必影響到使用性能。對于導熱灌封膠產品,通常需要使用不同粒徑的填料相互搭配,以平衡黏度和抗沉降性能。


        同時,為了進一步控制填料的沉降,需要對填料進行表面處理提高體系的穩定性。導熱填料表面羥基較多,難以被有機聚硅氧烷浸潤分散,在大量填充時容易因為顆粒間的作用力而凝聚,通過對填料進行表面處理,例如使用硅烷偶聯劑可以在填料表面形成有機硅涂層,改善填料與有機聚硅氧烷的親和性,增加填料粒子間的排斥作用,阻止填料粒子凝聚。但填料表面處理的工藝一般比較復雜,會造成生產成本的上升。


        2.加工助劑


        提高體系的觸變性,添加沉降抑制劑,如氣相法白炭黑,也能夠得到較好的防沉效果。這些沉降抑制劑在物料靜置的時候,通過物理或化學鍵合,在體系中形成一種可逆的三維網狀結構,使導熱填料被包裹在網絡中,延緩沉降。當物料受到外力的作用,比如攪拌或擠壓時,這種網狀結構又能比較容易地被破壞,滿足物料的施工的要求。沉降抑制劑的添加量需要比較確的控制,添加量太少,防沉效果不好,添加量太大則會導致體系的黏度大幅增加,不利于產品的使用。


        3.生產工藝


        導熱產品中導熱填料的添加量基本都要超過50%,部分高導熱產品更是超過90%,實際生產中需要解決大量的導熱填料在有機聚硅氧烷中均勻分散的問題。通過少量多次的添加方式,可以幫助有機聚硅氧烷對導熱填料的浸潤,同時還能避免一次添加量過大形成的黏度高峰,保證設備的順利運轉。在加入導熱填料的過程中,還可以通過加熱升溫來促進填料與有機聚硅氧烷之間的結合,對提高填料防沉性也有好的作用,但加熱也會導致助劑過早的相互作用,導致體系的儲存期下降,需要對混料工藝作相應的調整。


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