导热灌封胶由于具有一定导热性能,以及防水防潮、密封等作用,常用于电子元器件,将器件运行时产生的热量传至外部,保证其正常运转。
为满足一定的导热性能或降低生产成本,灌封胶通常添加氧化铝、硅微粉等作为填料。然而由于填料与硅油密度相差较大,导致灌封胶储存时会出现分层或填料沉降等问题,即上层析出硅油,底部变稠板结,这种现象会对实际生产和应用造成不利影响。
怎么解决导热灌封胶沉降问题?
如何防止或减少导热灌封胶沉降?
导热灌封胶主要由基础树脂、导热填料、固化剂、交联剂,及其他助剂组成,其中填料和助剂是影响灌封胶沉降的主要因素,因此在设计灌封胶配方时,应从这两大方面考虑。
01 导热填料
导热填料是除了基础树脂外,灌封胶中的第二大体系,其粒径、添加量、表面性质都会对灌封胶的沉降有一定影响。
填料粒径:同种导热填料,粒径越细,抗沉降性越好
这是因为细粉比表面积大,表面羟基含量较多,粒子之间的氢键较强,导致粘度较大,从而减缓填料的沉降,但是由此带来的优异抗沉降性会造成施工效率低,封装困难,因此毫无意义。
常见的灌封胶采用不同粒径的填料进行粗细搭配,这种复合方式不仅能在体系中形成致密堆积,而且粗粉的加入还可提高导热性能,更重要的是,粗粉对体系粘度增加较小,粗细粉体相互搭配,可以灵活调整体系粘度,从而调节沉降性。
填料添加量
常见的填料均为无机粉体,相对于硅油的密度大,且表面活性基团少;与硅油相容性差,随着静置时间延长,无机粉体逐渐沉降,造成油粉分离。
但是当粉体添加量达到一定量后,胶体粘度急剧增大,此时会减缓导热填料的沉降速度,油粉分离情况减弱。
但若粘度过高,将影响导热灌封胶在使用时的排泡和灌封等工艺性能,得不偿失。所以不能一味追求优异的抗沉降性,而进行高填充。
填料表面性质
用表面处理剂对填料进行表面包覆,在粉体颗粒表面引入非极性的亲油基团,使改性粉体在硅油中浸润性好,易分散均匀,粒子之间不易黏结聚集,胶体的抗沉降性增强。
同时,经过表面处理工艺可降低粉体的极性,减小粉体与硅油之间的界面张力,两者相容性增强,表现出来的是胶体粘度更低。
因此在灌封胶中,从提高其抗沉降能力而言,使用改性填料比普通填料好,且粘度还不会增加。
02 助剂
与灌封胶沉降性能有关的助剂有偶联剂、抗沉降剂(触变剂)等。
抗沉降剂(触变剂)有气相法白炭黑、纳米碳酸钙等
由于这类材料比表面积大,富含羟基,与填料和硅油表面形成氢键后,改善了填料与硅油的相容性,还增加胶体的触变值以及粘度,可减缓导热粉体的沉降速度。
虽然加入适量的抗沉降剂可以使油粉分离的现象减轻,但是如果加入过多,导热填料的沉降速度不会明显下降,反而会造成灌封胶流平性变差,对灌封胶的性能有负面影响。
03 偶联剂
由于其具有两性结构,一部分基团具有亲油性,能与灌封胶中的硅油形成强的亲合力;另一部分亲无机粉体,能与粉体表面的基团牢固结合,能大程度上延缓胶体中填料的沉降。所以可在灌封胶中加入适当的偶联剂,以提高胶体的抗沉降性能。
另外,灌封胶的制备工艺、硅油粘度大小等也是影响灌封胶的抗沉降性因素,在此就不再赘述。
综上,生产导热灌封胶时可以采用表面改性的复合粉体为填料,适当加入少量抗沉降助剂来提升导热灌封胶的抗沉降性能。