加成型导热硅橡胶研究进展

2018, 32 (3)： 222 -225

SILICONE MATERIAL

加成型导热硅橡胶研究进展

贾丽亚，吴洋洋

(埃肯有机硅（上海）有限公司，上海201108)

摘要：基于对专利文献的检索分析，综述了加成型导热硅橡胶的研究进展，介绍了几种能将硅橡胶热 导率提高至3 W/(m.K)以上的有效途径。

关键词！导热，硅橡胶，填料中图分类号：TQ333.93

文献标识码：

A doi：10.11941/j. issn. 1009 -4369.2018.03.013

其在电子领域的广泛应用，本文在对专利文献进

行检索的基础上对加成型导热硅橡胶的研究进行 了重点调查。

据世界知识产权组织（

WIPO)统计，每年

发明创造成果中的90% ~95%能在专利文献中 检索到，而有70%的技术内容未在其它非专利 文献中发表过。专利文献所反映的技术信息内容

广博，几乎涉及人类生产活动的全部技术领域。 此外，专利文件免费易得，持续不断更新，还提 供除技术外的广泛信息如公司、发明人、法律状 态等，信息量巨大。通过专利文献可以了解前人 在本领域已做的工作和取得的成果，了解相关技 术的发展、演化等，还能了解到谁拥有相关技 术，竞争对手是谁，从而可帮助制订公司技术发 展战略，寻求合作伙伴，规划公司专利布局，制 订相应的市场策略等。

20世纪90年代以来，导热材料在电子电 器、汽车、航空航天、军事装备等诸多制造业及 高科技领域中发挥了很重要的作用。随着科学技 术的高速发展，电子元件和半导体材料的集成 化、微型化和大功率化对导热材料的性能提出了 更高的要求。硅橡胶可以在很宽的温度范围内长 期保持弹性，硫化时热效应小，并具有优良的电 气性能和化学稳定性能，向其中添加高导热性能 填料后即可得到导热硅橡胶[1]。导热硅橡胶具 有优良的散热、减震、耐化学腐蚀性和较宽的使 用温度（-90 -250)，能在极限和苛刻环境

1文献检索

尽管专利文献免费易得，但一些专业的专利

数据库更容易进行大范围的专利检索及分析。如

(德温特创新）平台提供的专

DerwentInnovation

tion

利检索和分析工具，包括了来自全球100多个国

家/地区的专利信息。本文应用 ­ 专利检索及分析工具对加成型导热硅橡胶专

DerwentInnova

利作了检索分析。通常的检索方法主要采用关键 词，本文为了进行更加全面的检索，配合国际专 利分类号（号）、关键词等进行逻辑组合，

成型 硅橡胶进行 多国 广 的检。

IPC

2专利检索结果及分析

2.1加成型导热硅橡胶专利基本情况

基于上述方法，共检索到加成型导热硅橡胶 专利1 463篇。 专利检索及分

DerwentInnovation

析工具可以对检索数据进行多种分析，如年专利 公开情况、主要专利权人/专利申请人的申请情 况、专利申请区域分布情况等。

图1为加成型导热硅橡胶相关专利年度公开

。

收稿日期：2018 -03 -06。作者简介：贾丽亚（1970—），女，博士，主要从事知识产 权（情报及开放创新工作。

S

中保 弹性和 性， 非

a

子

器、汽车和仪表等行业的弹性粘接、定位、散

热、绝缘及密封[2]，因此其在导热材料使用领 域备受关注。

考虑到加成型硅橡胶由于硫化时无小分子脱 出，具有尺寸稳定、环境友好等诸多优点，以及

E-mail: Liya. JIA@elkem. com。

第3期贾丽亚等.加成型导热硅橡胶研究进展+ 223 +

则排列的分子或原子 一固 的热振

将能量依次 的分子或原子[&]。 ，硅橡胶基料的 性能 ，其 为0. 1〜0.2 W/(m_K)， 材料的 性能贡 1

。 料是主要的 体，其自身

性能远大于基质材料时才能保证复合材料的 Fig 1

Annual patent publication volume of polyaddition

thermal conductive silicone rubber

由图1可见，自20世纪90年代起加成型导 硅橡胶材料已经有所研究。近年随着科学技 术的发展， 成型 硅橡胶材料的 ，国 企 快硅橡胶材料的研究 。约自2011年起其专利 申请的数量开始呈现出逐 的 ，表明导硅橡胶材料的研究进入 发展期。

1为成型 硅橡胶 专利主要专利

权人/专利申请人的申 。 1 ，国外企

成型 硅橡胶材料的研究 卜较

。

表1

加成型导热硅橡胶相关专利主要专利权人/专利

申请人申请量

Tab 1

Patents filing volume of polyaddition thermal

conductive silicone rubber from main applicants/assignees

申请人/专利权人

专利申请量/件

信越化学161道康宁公司76积水化学19迈图 材料

18富士 子工业株式会社15化株 社15化株 社

13

东芝有机硅

11子新材料有限公司10有限公司10

2. 2提高硅橡胶材料导热性能的方法

目

硅橡胶的研究多集中 充型硅橡胶，其

性能取决于聚合物基体、填料及其

共同的界面[3_5]。硅橡胶基础胶料（基料#为

聚硅氧烷，其中没有 所需要的均一、致密的有序晶体

子，其导热机理是依靠无

性能。填料的

机理因其种类而异。金属

料是靠电子运动进行 的， 随

% 非金属填料的热能扩散 主要取

决 原子及 基团的振动。非金属

为

晶体和非晶体非金属两类。晶体非金属的 率

次于金属。

共键

的材料中，有序

的晶体晶格中的 是 有效的[7]， 其是

很低的 下，材料仍具有 的 。但随着 的 ，晶的热运 现出抗 性和 的现象，而抗 性是 晶中的缺陷造成的， 极度无序的无定形固体就很低[8]。当 料填充

时，填料能够

分

散在体系中，填料子之间没有形成接触和作 ， 料子与聚合物界 阻大，阻递，此时 料 体系 性能的贡献不大。但当填充量达到临界点时，体系中的填料粒 子之 互接触和作用，并形成类似链状的网

， 界 阻，构成 链。当

些

链的取 行时，就会大体系的 性能[9]。

目 硅橡胶材料 的研究集中于料的选择。本文重点调 材料 率达到3 W/(m.K)以上的技术方案。IK Yamakava 人公开了一种 料，该料 经至少含有& 原子的脂肪酸处理或涂覆，且随后用含环氧官能团的化合物及固化催化剂处理或涂 。 中 该经 理的填料后，导热硅橡胶的 达5.3〜5.7贾/(爪.])[10]。

H

. Enami等人 经低聚硅氧烷 改性的填

料填充 硅橡胶， 硅橡胶的 从I. 8贾/(爪.])提高至5.2贾/(爪.])，且同时具有良好的可操作性能和

性能[11]。H. Enami

人 聚硅氧烷组合物中 一种经烷基烷

氧基硅烷处理的填料，固化后硅氧烷组合物的热 导率可达 4. 5 〜5. 5 W/(m.K)[12]。IK Yamada 等 人通过

聚硅氧烷组合物中加入1〜10份

+ 224 +

冷机 4 封科

第32卷

(基于100份含烯基聚硅氧烷）含有长碳链（碳 原子数1〜15)的硅烷作为导热填料的表面处理剂。 硅烷作为润湿剂提高了组合物中填料的填充量，进 而将材料热导率提高至3.5〜4.0，/(爪.])[13]。 ]等人在聚硅氧烷组合物中使用了含三 烷氧基硅基团的交联剂，该交联剂含可水解基 团，能够对填料进行表面改性。其实施例中聚硅 氧烷组合物的热导率可达3. 0〜3. 8 /(.))14]。用的导热填料为两种不同粒径的铝粉和氧化锌粉

的混合物，该方案获得的导热性聚硅氧烷组合物 的热导率在4. 1〜5. 8 /(.)之间[22]。

WmK

Sakumi

3

结束语

WmK

通过以上对专利文献的检索和分析可知，加 成型导热硅橡胶的研究较为活跃，并处于快速增 长期。目前提高导热硅橡胶热导率的研究主要集 0 Endo

等人为了提高填料与聚硅氧烷成分的润 湿性，实现其在聚硅氧烷中的均一分散，采用添 加烷氧基硅烷化合物作为表面处理剂，在组合物 调制时对导热填料进行了疏水化处理，使聚硅氧 烷组合W物的m热导K

率从2. 6 W/( m

•])提高到了 3. 1 〜5. 1 /(.)[15]。

高热导率的非常规填料主要有热导率很高的 贵金属、高取向填料和球形填料，但此类L填L料ew成is

本相对较高，较难实现规模化生产。* . 等人发现在聚硅氧烷组合物中，采用银粉、银片 或两者按一定比例混合作为导热填料，可获得热 导率在5. 1G〜oto6 W/(m«K

)之间的聚硅氧烷组合 物[16]。1 等人采用0. 7〜10 !m的球形氧 化铝作为导热填料，W实m施K

方案中加Y成A型gari

硅橡胶的 热导率可达4.0/(.)[17]。. 等人提 出，当填料聚集成的传导块与聚合物传导块在热 流方向平行时，材料热导率最高，因Y此高Kodo

取向填 料可大大提高硅橡胶的热导率)18*。. 等 人在配方中使用了石墨化的碳纤维。该改性碳纤 维因改变了无规取向结构，m

形成了长达5〜1 000 !的纤维状结构，使材料的热导率呈现 出各向异性。W发明m实K

施例中聚硅氧烷组合物的热 导率为 3. 0 /(.)[19]。

填料的导热性能与其材质、尺寸、形状等因 素密切相关。通过选择不同种类或形状，如颗粒 或片状的无机物，并调整其用量、分布及与聚合 物界面的结合情况，Tam可ura

在一定程度上提高硅橡胶 的导热性能。1 采用了两种不同粒径的 氧化铝作为导热填料，且两种氧化铝的粒径均要 求在0W. 1m〜40 !K)[2m0]。之间，T材料的热导率可提高至 4. 4/(. Tamum 还组合使用了 3 种 不同粒径范围的氧化铝粉末，mmm

分别为10〜 50 !、1〜10 !和0. 1〜1 !，并将它们以特 定比例混合使用，可使聚硅氧烷组合物的热导率 升高至 5. 0 〜6. 1W/(m.K)[21]。IK Tsuji

等人采

中 料的 。 料进行 理和改性，在配方中直接添加表面处理剂，采用非

料和组 同 料

均可以将硅橡胶材料的热导率提高到3 W/(m-K

) 以。

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2013 -12 -20.

Progress of Polyadditional Thermal Conductive Silicone Rubber

JIA Li-ya, WUYang-yang

(Elkem Silicone Shanghai Co., Ltd., Shanghai 201108)

Abstract ： Based on the search and analysis of tiie patent literature, the research progress of polyaddition­

al t!iemial conductive silicone rubber was summarzed, and some effective ways to increase the thermal con­ductivity of silicone rubber to more than 3W

Keywords ： thermal conductivity, silicone rubber, filler

^ ( m • K) wUrUintroducUd.

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