[00335579]高导热加成型耐高温杂聚硅氧烷复合材料的研究

1、课题来源与背景 随着电子设备设施和半导体材料的集成化、微型化和大功率化的高速发展,对导热材料提出了更高的要求,除了提供绝缘、耐高温作用外,及时散热能力成为影响其使用性能的重要限制因素。 有机聚硅氧烷是以Si-O-Si键为分子主链,硅原子上连接甲基、苯基、乙烯基等有机基团的交联型半无机高聚物。其结构的特殊性使其具有优良的耐热性能、耐老化、耐候和电绝缘性能等优点,是导热、耐高温、绝缘和防水防潮的首选基础胶料之一。硅橡胶出色的耐高温性,为制备导热材料提供了可能。因此制备导热硅橡胶具有重要的实用价值和理论意义。 导热聚硅氧烷硅橡胶材料具有良好的绝缘、减震和散热的特性,使其在电子元器件领域有着不可替代的作用。导热橡胶材料研究成果的产业化为电子产品向微型化、智能化方向发展做出了巨大的贡献。目前,提高硅橡胶导热性能的研究主要集中在填料的表面处理和改性以及填料粒径分布等方面,从而导致了目前开发的导热橡胶材料普遍具有热导率（又称导热率、导热系数）低的缺点。同时目前国内导热硅橡胶的研究仅局限于简单的共混复合,高导热硅橡胶本体材料和复合材料在导热机理、应用开发等方面的研究远不够深入;热导率预测理论局限于复合材料各组分热导率的经验模拟,缺乏导热机理的理论支持。 我国在高导热复合材料的研究开发相对较晚,国外的跨国集团在高导热聚合物复合材料等与战略性产业链相关领域非常重视,在其本国和我国大量申报相关的发明专利,逐渐形成强大的知识产权包围圈。高导热耐高温聚合物复合材料的自主研发对于我国的战略性产业链上下游的长期健康发展、保护我国的新兴产业具有非常重要的意义。同时对新形势下国内产业结构调整升级和建设知识型、智慧型广州也具有深远的意义。 2、技术原理 催化加成型甲基乙烯基硅橡胶主要由甲基乙烯基聚硅氧烷、交联剂含氢聚硅氧烷、铂络合物等贵金属催化剂和增强填料或树脂组成,在一定温度下通过硅氢加成反应而成型,成型温度较温和,弹性体性能优异。 甲基乙烯基硅橡胶常用的增强填料或树脂来提高强度和耐热性。乙烯基MQ硅树脂是由多个T链节（SiO2）构成的“球”和表面含多个M链节（SiO1/2）组成的“壳”一起形成的纳米尺寸硅树脂,分子量仅为几千左右。液态的乙烯基MQ硅树脂对体系的粘度影响很小,可用于制备高度透明的硅橡胶材料;固体的乙烯基MQ硅树脂对橡胶的强度贡献很大。乙烯基MQ硅树脂分子量较小,其中的乙烯基在铂等催化下可参与反应,能起到集中交联的作用,对于材料的导热性有明显的贡献。 在加成型乙烯基硅橡胶中加入导热填料如球形氧化铝、氮化铝、氮化硼等是提高硅橡胶复合材料导热性常用的方法。 普通的聚硅氧烷橡胶的耐热温度一般在250℃以下。杂聚硅氧烷作为元素改性聚硅氧烷中的一类新型有机高分子材料,它是将硼、铝等元素引入聚硅氧烷的硅氧骨架中而得到聚合物,较普通的有机聚硅氧烷有更优异的耐高温性和粘接性能。 杂聚硅氧烷化合物是其硅氧烷骨架中的硅原子被其他金属或非金属原子取代,形成Si-OM 键。引入的方式可以是主链,也可以是支链。目前研究和应用最多的杂原子主要为B、Al等。铝元素与硼元素为同一主族元素,具有非常相似的性质。在聚合物主链为Si-O-B、Si-O-Al的结构中存在p-π、d-π共扼体系,这种结构有利于提高聚合物的热稳定性。另外,B-O键、Al-O键的键能分别为537.6 kJ/ mol、512.1 kJ/mol,高于Si-O键键能422.5kJ/mol。 B-O、Al-O键无论是主链上接入还是侧链接枝均会使硅氧烷的耐热性更佳。主链结构和杂原子比例大时耐热性更高,但杂原子含量过高时,对于三官能团的硼或铝杂原子引发的支化度大大增加,材料脆性明显增大。 3、技术的先进性与创造性 本项目创新性地在加成型乙烯基硅橡胶主链或支链上从原子或分子水平上引入耐高温的硼或铝元素,为含有同样或同种主族元素的微米级或纳米级高导热填料氧化铝、氮化铝、氮化硼在基料中的分散和导热通路的顺畅提供了理想的桥联通道。纳米乙烯基MQ硅树脂的集中交联作用和易极化苯基侧链的引入,也将有助于复合材料导热性和耐热性的提高。 4、技术的成熟程度、适用范围和安全性,应用情况及存在的问题 本项目为应用基础研究,目前处于初期研究阶段。