一种具有高导热和高抗老化特性的导热胶及其制备方法和用途

一种具有高导热和高抗老化特性的导热胶及其制备方法和用途

技术领域

本发明涉及导热胶技术领域，尤其涉及一种具有高导热和高抗老化特性的 导热胶及其制备方法和用途。

背景技术

LED高功率产品输出的电能只有20％转换成光源，而其余的80％则均会转 换为热能。一般而言，LED发光时所产生的热能若无法汇出，将会使LED结面 温度过高，进而影响产品的生命周期、发光效率以及温度性，如何解决LED系 统的散热管理与设计成为了一个重要的课题。

导热胶因其生产工艺成熟和容易加工而广泛应用于LED散热系统中，导热 塑胶主要有尼龙、PBT等耐热性好的塑胶加入高导热的无机填料，如氮化铝、 氮化硼等，其本身的导热系数并不是很高，一般只有1～6w/m.k左右。用导热胶 单独制成的LED散热器的散热效果也不是很理想，只能用于较小功率的LED产 品，因此实际上的导热塑胶散热器是由导热塑胶和内嵌铝件两部分结合而组成 的，内嵌铝件是采用冲压铝材，导热系数在200w/m.k以上，这种铝塑复合散热 器的效果甚至可以与压铸铝散热器的散热效果接近或相当，但是，这种导热塑 胶的售价相当昂贵，大约需要人民币200～300元/kg，制成的散热器的成本也比 压铸铝的成本高很多，虽然在一些生产LED灯具的大公司，如飞利浦公司等有 一些应用，但是近期内无法大量替换履职散热器的。

除了导热不够理想以外，导热胶的老化亦是困扰LED厂家的一大难题，导 热胶的老化导致导热胶的导热系数急剧下降，进而降低LED灯具的使用寿命， 同时也限制了高功率LED灯具的开发设计。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足之处而提供一种具有高导热性 能、高抗老化性能且价格便宜的导热胶，解决了导热胶无法同时具备高导热性、 高抗老化性和价格便宜的难题，一方面延长了LED灯具的使用寿命，另一方面 为研发设计高功率LED灯具提供了前提条件。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种具有高导热和高抗老化 特性的导热胶，由溶剂、无机纳米胶粘树脂及填充在无机纳米胶粘树脂内的导 热填充物组成，其中，导热填充物与无机纳米胶粘树脂的质量比为导热填充物： 无机纳米胶粘树脂＝70％：30％，无机纳米胶粘树脂与溶剂的质量比为无机纳米 胶粘树脂：溶剂＝1:5～8。

作为本发明所述具有高导热和高抗老化特性的导热胶的优选实施方式，所 述导热填充物由以下质量比的原料组成：银：铝：紫铜：黄铜：铁＝0.5～3：50～70： 1～4：1～4：3～8。

作为本发明所述具有高导热和高抗老化特性的导热胶的优选实施方式，所 述导热填充物由以下质量比的原料组成：银：铝：紫铜：黄铜：铁＝1：60：2： 2：5。

作为本发明所述具有高导热和高抗老化特性的导热胶的优选实施方式，所 述无机纳米胶粘树脂由以下质量比的原料组成：乙二醇丁醚：碳化硅：二氧化 硅＝10％～30％：10％～40％：20％～60％，优选的，无机纳米胶粘树脂的质量配比 为：乙二醇丁醚：碳化硅：二氧化硅＝3：3：4。

作为本发明所述具有高导热和高抗老化特性的导热胶的优选实施方式，所 述溶剂为去离子水或异丙醇中至少一种。

其次，本发明还提供一种具有高导热和高抗老化特性的导热胶的制备方法， 所述方法包括以下步骤：

(1)采用溶胶-凝胶法将乙二醇丁醚、碳化硅和二氧化硅制备成无机纳米胶 粘树脂；

(2)将步骤(1)中制备的无机纳米胶粘树脂与导热填充料以质量比为导 热填充物：无机纳米胶粘树脂＝70％：30％的比例充分混合即形成胶状物，所述 胶状物实际上已成为性能优异的导热胶；

(3)在步骤(2)所述胶状物中加入溶剂，再进行充分混合，烘烤后，即 形成导热胶，其中，加入溶剂的重量为加入无机纳米胶粘树脂重量的5～8倍， 且必须在24小时之内添加，加入溶剂的作用是为了调节导热胶的粘度。

最后，本发明还提供了一种具有高导热和高抗老化特性的导热胶在LED散 热器上的用途。

本发明提供的具有高导热和高抗老化特性的导热胶，通过改变配方比例， 具有以下优点：(1)与传统导热胶相比，具有更高的导热性能；(2)与传统 导热胶相比，具有更好的高抗老化特性；(3)与传统导热胶相比，在兼具高导 热性和高抗老化性的时候，还具有价格便宜并适合产业化的优势。

具体实施方式

为更好的说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对 本发明作进一步说明。

实施例1

本实施例所述具有高导热和高抗老化特性的导热胶的由以下质量比的原料 制成：

导热填充物：无机纳米胶粘树脂：去离子水＝7：3：15，其中导热填充物的 质量配比为：银：铝：紫铜：黄铜：铁＝0.5：50：1：1：3，无机纳米胶粘树脂 的质量配比为：乙二醇丁醚：碳化硅：二氧化硅＝3：3：4。

本实施例所述导热胶的制备工艺，包括以下步骤：

(1)按照上述配方中的质量配比依次称量银、铝、紫铜、黄铜、铁、乙二 醇丁醚、碳化硅、二氧化硅以及去离子水，采用溶胶-凝胶法将乙二醇丁醚、碳 化硅和二氧化硅制备成无机纳米胶粘树脂，将银、铝、紫铜、黄铜和铁充分混 合后形成导热填充料；

(2)将步骤(1)中无机纳米胶粘树脂与导热填充料以质量比为导热填充 物：无机纳米胶粘树脂＝70％：30％的比例充分混合即形成胶状物；

(3)将称量的去离子水加入所述胶状物中，进行充分混合，烘烤后，即形 成所需导热胶。

实施例2

本实施例所述具有高导热和高抗老化特性的导热胶的由以下质量比的原料 制成：

导热填充物：无机纳米胶粘树脂：异丙醇＝7：3：24，其中导热填充物的质 量配比为：银：铝：紫铜：黄铜：铁＝3：70：4：4：8，无机纳米胶粘树脂的质 量配比为：乙二醇丁醚：碳化硅：二氧化硅＝3：3：4。

本实施例所述导热胶的制备工艺，包括以下步骤：

(1)按照上述配方中的质量配比依次称量银、铝、紫铜、黄铜、铁、乙二 醇丁醚、碳化硅、二氧化硅以及异丙醇，采用溶胶-凝胶法将乙二醇丁醚、碳化 硅和二氧化硅制备成无机纳米胶粘树脂，将银、铝、紫铜、黄铜和铁充分混合 后形成导热填充料；

(2)将步骤(1)中无机纳米胶粘树脂与导热填充料以质量比为导热填充 物：无机纳米胶粘树脂＝70％：30％的比例充分混合即形成胶状物；

(3)将称量的异丙醇加入所述胶状物中，进行充分混合，烘烤后，即形成 所需导热胶。

实施例3

本实施例所述具有高导热和高抗老化特性的导热胶的由以下质量比的原料 制成：

导热填充物：无机纳米胶粘树脂：异丙醇＝7：3：21，其中导热填充物的质 量配比为：银：铝：紫铜：黄铜：铁＝1：60：2：2：5，无机纳米胶粘树脂的质 量配比为：乙二醇丁醚：碳化硅：二氧化硅＝3：3：4。

本实施例所述导热胶的制备工艺同实施例2。

对比例1

本对比例为将实施例1-3中导热胶与传统导热胶应用于LED散热系统中的 温度测试，其中，所述传统导热胶主要由尼龙、PBT、氮化铝、氮化硼组成。本 对比实验在室温为25℃，4并12串2835灯珠，电压38伏，电流270毫安，灯 珠发光波段为黄光的条件下进行，对比结果如表-1所示。

表-1黄光条件下的温度差测试

由表-1可以看出，在黄光照射下，传统导热胶在工作1-2h后的内外温度差 T1-T2约为6.20℃～7.56℃，而本实施例1-3的导热胶在工作1-2h后的内外部温 度差T1-T2约为1.96℃～3.12℃，比前者低，说明本实施例1-3具有更好的导热 性，LED灯具将会工作更稳定，使用寿命更长。

对比例2

本对比例为将实施例1-3中导热胶与传统导热胶应用于LED散热系统中的 温度测试，其中，所述传统导热胶主要由尼龙、PBT、氮化铝、氮化硼组成。本 对比实验在室温为25℃，4并12串2835灯珠，电压38伏，电流270毫安，灯 珠发光波段为白光的条件下进行，对比结果如表-2所示。

表-2白光条件下的温度差测试

由表-2可以看出，在白光照射下，传统导热胶在工作1-2h后的内外温度差 T1-T2约为15.48℃～16.22℃，而本实施例1-3的导热胶在工作1-2h后的内外部 温度差T1-T2约为1.98℃～3.08℃，比前者低了13.14℃～13.5℃，很明显，本实 施例1-3具有更好的导热性，LED灯具将会工作更稳定，使用寿命更长。

测试例1

本测试例将实施例1-3中导热胶应用于LED散热系统的老化试验测试，测 试结果如表-3所示，T1：内部基板温度(℃)；T2：外部散热器温度(℃)；T3： 环境温度(℃)；T1-T2：温差(℃)；测试日期：2014.3.26；t：老化时间点。

表-3导热胶老化测试

由表-3可以看出，本实施例1-3中导热胶应用于LED散热系统时，在相同 功率(1、2号灯功率皆为5w)以及不同功率(3号灯为12w)条件下，使用260min 后，其内部基板与外部散热器的温度差分别为1号灯：1.19℃～2.5℃；2号灯： 1.24℃～1.9℃；3号灯：3.18℃～3.37℃。说明：对于应用在相同功率的LED灯上 时，本实施例1-3的导热胶具有很好的稳定性，对于应用在不同功率的LED灯 上时，本实施例1-3的导热胶具有很好的抗老化特性。

最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本 发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的 普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而 不脱离本发明技术方案的实质和范围。