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玻璃纤维处理剂及其在玻璃纤维的处理工艺及导热硅胶布

技术摘要:
本发明公开了一种玻璃纤维处理剂及其在玻璃纤维的处理工艺及导热硅胶布,具体属于硅胶材料的技术领域,玻璃纤维处理剂包含以下重量份的组分:硅橡胶8‑12份、分散剂55‑70份、硅烷偶联剂0.8‑1.2份、高含氢硅油0.5‑0.9份、铂金催化剂0.5‑0.9份;还提供了一种玻璃纤维  全部
背景技术:
导热硅胶布是以玻璃纤维作为基材进行加固的有机硅高分子聚合物弹性体。导热 硅胶布能够有效地降低电子组件与散热器之间的热阻,抵受高电压和金属件的刺穿,避免 发生电路短路的现象,是一种优良的导热绝缘材料。现有的导热硅胶布主要应用在开关电 源、通讯设备、计算机、平板电视、移动设备、视频设备、网络产品、家用电器等。 现今电动汽车在电池电源通常采用电加热方式,直接在电池表面上安装电加热 片,使电加热片通电,电加热片通过热传导使电池保持恒温状态,即使在寒冷的北方天气, 电动汽车或电动车的电池都可以保持高效的电池转化效率。在使用电加热片时,电加热片 与电池直接接触,在电加热片的制备中,需要选择绝缘性能好、耐老化和耐高温的材料将电 加热丝包裹起来,一般采用导热硅胶布与电加热丝紧密贴合,形成一个密封电加热片的结 构。如果导热硅胶布的绝缘性较差,会存在容易造成加热丝短路的问题。 现有技术申请公布号为CN108178929A的一篇中国发明申请公开了一种绝缘硅胶 材料及新能源汽车电池加热片用硅胶布。该专利硅胶布通过加入复合剂、复合阻燃剂、填 料、润滑剂、硫化剂和促进剂绝缘硅胶混炼胶,为了增强导热硅胶布的结构强度,在导热硅 胶布中加有一层玻璃纤维增强层,并在玻璃纤维两面均涂上上述绝缘硅胶混炼胶,通过延 压机滚轮进行延压,并对其中一面进行硫化处理,形成硫化绝缘硅胶层,另一面未硫化,以 便于后续通过未硫化的绝缘硅胶层包覆加热丝,再次高温硫化后形成加热片。 上述专利中三氧化二锑与填料中的二氧化硅和/或碳酸钙相配合,形成了良好的 阻燃协同效果,硅胶中的复合阻燃剂的阻燃绝缘防潮效果,对加热丝有很好的阻燃和隔离, 具有优异的电绝缘性能。 然而,上述公开硅胶布中,通过延压机滚轮将绝缘硅胶混炼胶与玻璃纤维直接结 合在一起,并通过高温使两者结合在一起,在玻璃纤维与硅胶混炼胶复合时,存在玻璃纤维 与硅胶混炼胶粘结性差的技术缺陷,会造成玻璃纤维和硅胶混炼胶复合效果差,会发生撕 裂分层现象,特别是对于带针脚的PCB板,在应用时会被出现被针脚刺穿的现象,直接影响 导热硅胶布的应用,有待进一步改进。
技术实现要素:
针对现有技术存在的不足,本发明的第一个目的在于提供一种玻璃纤维处理剂, 其具有明显改善玻璃纤维与硅橡胶之间结合的附着力,增强玻璃纤维与硅胶混炼胶粘结性 的优点。 为实现上述第一个目的,本发明提供了如下技术方案:一种玻璃纤维处理剂,所述 玻璃纤维处理剂包含以下重量份的组分:硅橡胶8-12份、分散剂55-70份、硅烷偶联剂0.8- 3 CN 111548028 A 说 明 书 2/13 页 1.2份、高含氢硅油0.5-0.9份、铂金催化剂0.5-0.9份。 通过采用上述技术方案,玻璃纤维的主要成分是无机盐,硅橡胶是一种线性分子 结构的高分子有机硅氧烷,硅橡胶中含有烷基或羟基;硅橡胶在分散剂、硅烷偶联剂、高含 氢硅油和铂金催化剂的作用下,促进了玻璃纤维处理剂中硅橡胶与玻璃纤维之间物理吸附 或化学反应,进一步提高了玻璃纤维处理剂中硅橡胶与玻璃纤维之间的附着力,能够大大 增强硅橡胶与玻璃纤维之间的粘结性。经过处理剂处理后的玻璃纤维表面上的硅橡胶与硅 胶混炼胶经过高温硫化,在高温条件下,处理后玻璃纤维中的硅橡胶与硅胶混炼胶中的交 联剂和固化剂发生反应,提高了玻璃纤维中硅橡胶与硅胶混炼胶的相容性,进一步增强了 玻璃纤维与硅胶混炼胶之间的粘结性。 上述方案中,硅橡胶中有机硅氧烷分子彼此之间会发生反应,在与玻璃纤维结合 时,为了降低硅橡胶中有机硅氧烷分子之间作用力,加入分散剂,分散剂能够有效地减少硅 橡胶中有机硅氧烷分子之间彼此的相互作用,另一方面,分散剂还可以使硅橡胶中有机硅 氧烷分散的更加均匀,提高处理剂中硅橡胶与玻璃纤维的附着力,使处理剂与玻璃纤维复 合更加紧密。 硅烷偶联剂,在玻璃纤维表面与处理剂表面形成一层中间层,一方面可以与玻璃 纤维粘合,另一方面“约束”处理剂中硅橡胶的结构,使得玻璃纤维和处理剂不易发生分层。 在铂金催化剂的作用下,高含氢硅油使处理剂中硅橡胶形成结构稳定的三维网状 结构,并在玻璃纤维表面与处理剂表面中间层固化,使得玻璃纤维与处理剂粘合在一起。 在高温处理下,处理后的玻璃纤维中的硅橡胶与硅胶混炼胶中铂金催化剂和高含 氢硅油发生反应,能够提高硫化后硅橡胶与玻璃纤维粘结性,当应用于导热硅胶布中,使玻 璃纤维和硫化后的硅橡胶不易发生撕裂,提高了导热硅胶布的耐用性。 进一步地,所述硅烷偶联剂包含γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-缩水 甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷中的一种。 通过采用上述技术方案,上述硅烷偶联剂均含有机官能团和硅烷氧基,其中,上述 甲基丙烯酰氧基、甘油醚氧丙基和氨丙基有机官能团均可以与处理剂中硅橡胶的甲基乙烯 基发生偶联反应,提高处理剂中硅橡胶和玻璃纤维之间的相容性,在处理剂中硅橡胶和玻 璃纤维之间形成有机基体-硅烷偶联剂-无机基体的结合层,能够提高处理剂中硅橡胶与玻 璃纤维的粘结效果。 进一步地,所述铂金催化剂与硅橡胶质量比为1:(13-15)。 通过上述技术方案,在采用铂金催化剂配置玻璃纤维处理剂时,经过试验测试,当 铂金催化剂与硅橡胶质量比大于1:13时,也同样可以达到催化反应的效果,但是由于铂金 催化剂成本较高,多余的铂金催化剂增加生产成本;当铂金催化剂含量小于1:15,会使得在 配置玻璃纤维处理剂时,降低了高含氢硅油促进硅橡胶形成稳定的网状结构强度的速率, 增加了玻璃纤维处理剂对玻璃纤维处理的时间,增加了生产成本。 进一步地,所述偶联剂与混合后原料总质量比为1:(71-73)。 通过采用上述技术方案,经过试验,当偶联剂与混合后原料总质量的含量比大于 1:71时,多余的偶联剂就会降低玻璃纤维与硅橡胶之间的粘结性,降低玻璃纤维的补强效 果;当偶联剂与混合后原料总质量的含量比小于1:73时,偶联剂的含量较少时,当硅橡胶中 有机硅氧烷分子之间作用力大于硅橡胶对玻璃纤维吸附作用力时,降低了硅橡胶与玻璃纤 4 CN 111548028 A 说 明 书 3/13 页 维的粘结性,使得制备的导热硅胶布易分层。 进一步地,所述硅橡胶包含甲基乙烯基硅橡胶、甲基硅橡胶中的一种或两种。 通过采用上述技术方案,甲基乙烯基硅橡胶中的不饱和键乙烯基,能够提高玻璃 纤维的高温处理后耐老化和高温抗压缩变形,提高玻璃纤维的补强效果,甲基乙烯基硅橡 胶中的不饱和键乙烯基与偶联剂中的有机官能团结合,增强了硅橡胶与玻璃纤维的粘结强 度;甲基硅橡胶中有机硅氧烷分子在铂金催化剂、高含氢硅油、硅氧烷偶联剂协同作用下, 提高了甲基硅橡胶与玻璃纤维的粘结性,还能够提高玻璃纤维的耐侯性。 进一步地,所述分散剂为二甲苯或白电油。 通过采用上述技术方案,将硅橡胶原料溶解在二甲苯或白电油中,能够使硅橡胶 得到溶解分散在溶液中,减小硅橡胶中有机硅氧烷分子之间的作用力,使得硅烷偶联剂、高 含氢硅油和铂金催化剂更好地促进有机硅氧烷与玻璃纤维反应,能够提高处理剂中硅橡胶 与玻璃纤维之间的浸润性,进一步增加硅橡胶与玻璃纤维的附着力。 进一步地,所述玻璃纤维处理剂通过以下步骤制得: 步骤(1):在硅橡胶原料中分多次加入分散剂,充分搅拌混合,当粘稠度达到900- 1100mPa·s时,得到混合液A; 步骤(2):向混合液A中加入硅烷偶联剂、高含氢硅油和铂金催化剂,混合搅拌均匀,得 到玻璃纤维处理剂。 通过采用上述技术方案,在硅橡胶原料中加入分散剂,使硅橡胶完全溶解,继续加 入分散剂,溶解硅橡胶,逐渐降低硅橡胶中有机硅氧烷分子之间的作用力,使得硅橡胶溶解 更加充分,直至溶液粘稠度在900-1100mPa·s,经过试验表明,当粘稠度大于1100mPa·s在 生产中出现粘辊的现象;当溶液粘稠度小于900  mPa·s在生产中会降低玻璃纤维表面上硅 橡胶的粘结性。 在上述适合的粘度范围内,加入硅烷偶联剂、高含氢硅油和铂金催化剂配置得到 现配现用的玻璃纤维处理剂,玻璃纤维浸入玻璃纤维处理剂中,提高玻璃纤维的补强效果。 本发明的第二个目的在于提供一种玻璃纤维处理工艺,其包括如下处理步骤: 1)将玻璃纤维完全浸涂在玻璃纤维处理剂中,玻璃纤维表面上碾压附着每平方米70- 90g的玻璃纤维处理剂; 2)浸涂过玻璃纤维处理剂的玻璃纤维通过逐渐升温的方式,升温至150℃-160℃,保温 1min,得到处理后的玻璃纤维布为预制品A。 通过采用上述技术方案,在玻璃纤维表面延压一层玻璃纤维处理剂,使玻璃纤维 完全浸涂在玻璃纤维处理剂中,经试验测试,在玻璃纤维上涂覆为70-90g时,玻璃纤维与硅 橡胶的附着力和粘结性较优,当玻璃纤维上每平方米涂覆量小于70g时,制备得到处理后的 玻璃纤维(预制品A)上复合的玻璃纤维处理剂较少,使得预制品A与硅胶混炼胶复合时,玻 璃纤维表面上的硅橡胶与硅胶混炼胶粘结性能较差,粘结强度较低;当玻璃纤维上每平方 米涂覆量大于90g时,制备得到预制品A硬度较大,降低了预制品A与硅胶混炼胶粘结性,且 易发生分层。 涂过玻璃纤维处理剂的玻璃纤维在升温处理过程中,逐渐通过升温使玻璃纤维处 理剂中的分散剂挥发,避免直接放置在高温中时,玻璃纤维表面硅橡胶中产生气泡,降低玻 璃纤维与硅橡胶的粘结性。 5 CN 111548028 A 说 明 书 4/13 页 本发明的第三个目的在于提供一种导热硅胶布,本发明提供了如下技术方案:通 过压延使硅胶混炼胶压制在预制品A一面,以逐渐升温的方式升温至120-180℃,形成硫化 硅胶层;在预制品A的另一面压延硅胶混炼胶,在预制品A的两面上分别形成了一层硫化硅 胶层和一层未硫化硅胶层。 通过采用上述技术方案,在预制品A表面一层玻璃纤维处理剂,将硅胶混炼胶碾压 在预制品A上,并与预制品A的硅胶混炼胶结合,形成了一层牢固的硫化硅橡胶层,提高了硅 胶混炼胶与玻璃纤维的粘结性。 进一步地,升温梯度设置为:在60-80℃中保温60s-90s,然后在80-100℃中保温 60s-90s,最后在100-180℃中保温60s-90s。 通过采用上述技术方案,在预制品A的一面上压覆硅胶混炼胶,通过阶梯式升温方 式,在60-80℃,80-100℃的阶梯升温过程中可以逐渐使硅胶混炼胶中的分散剂排出,避免 直接在100-180℃的保温过程,预制品A与硅胶混炼胶的硫化时,分散剂挥发,使硫化硅橡胶 层产生气泡,影响玻璃纤维的补强效果和导热硅胶布与玻璃纤维结合强度。 综上所述,本发明至少具有以下一种有益效果: 第一、本发明采用甲基乙烯基硅橡胶、二甲苯、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、 高含氢硅油和铂金催化剂,在铂金催化剂的作用下,γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅 烷、可以实现对玻璃纤维的补强作用,同时γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷在甲基乙 烯基硅橡胶和玻璃纤维之间形成有机基体-γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷-无机基 体的结合层,提高了硅橡胶与玻璃纤维的粘结效果。 第二、本发明中通过在玻璃纤维表面复合一定量的玻璃纤维处理剂,得到预制品 A,经过处理剂处理玻璃纤维的拉伸强度,最大提升了30%,玻璃纤维对导热硅胶布的补强效 果较佳。 第三、本发明采用甲基乙烯基硅橡胶和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷等 原料制备玻璃纤维处理剂,玻璃纤维经过玻璃纤维处理剂处理后,在玻璃纤维表面碾压,得 到的预制品A,预制品A中的硅橡胶与硅胶混炼胶中的交联剂和固化剂结合,进一步提高了 玻璃纤维与硅胶混炼胶粘结性,使硫化硅橡胶与玻璃纤维不易分层。 第四、在预制品A上涂覆有玻璃纤维处理剂时,采用阶梯式升温方式,在此过程中 可以逐渐使硅胶混炼胶中的分散剂排出,在导热硅橡胶布逐渐高温硫化过程中,通过隧道 烘箱阶梯式升温方式,在升温温度较低时,分散剂逐渐挥发,在隧道烘箱逐渐升温过程中, 逐渐排出分散剂挥发产生的气泡,当硫化硅橡胶层处于高温硫化条件下,分散剂排出,不会 产生明显的气泡,提高了玻璃纤维对导热硅胶布的补强效果和导热硅胶布与玻璃纤维粘合 强度。 第五、本发明制备导热硅胶布中玻璃纤维和硅橡胶的粘合强度较高,不仅能够应 用在PCB板,还可以广泛应用于电池加热、电机、通讯设备以及家电电器等方面。 第六、通过对本发明制得导热硅胶布中硅胶硫化层与玻璃纤维进行粘合强度的测 试,粘合强度的增长率达到了450%以上,使得导热硅胶布中玻璃纤维与硅胶硫化层之间的 附着力大大增加。 6 CN 111548028 A 说 明 书 5/13 页
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