黃 琪，劉光華，黃文哲，陳建軍，黃恒超

(廣州市白云化工實(shí)業(yè)有限公司，廣東 廣州 510540)

當(dāng)今社會(huì)，隨著人們環(huán)保理念的加深，電動(dòng)車越來越受到大眾的認(rèn)可，然而時(shí)不時(shí)發(fā)生的電動(dòng)車電池組過熱導(dǎo)致自燃新聞卻觸動(dòng)著人們的神經(jīng)。電池組過熱產(chǎn)生的原因如下：一方面，隨著人們電池續(xù)航能力的要求越來越高，電池的功率越來越高，導(dǎo)致單位時(shí)間、面積之中產(chǎn)生的熱量越來越高；另一方面，電池模組同鋁合金底板不可能充分接觸，因?yàn)楣腆w的表面并不是完美的平面結(jié)構(gòu)，從微觀層面觀察會(huì)有凸凹不平，這些凸凹不平會(huì)產(chǎn)生空隙，空隙里面的空氣使得散熱遇到阻礙，所以傳導(dǎo)熱量效果比較差[1-3]。這時(shí)就需要一種導(dǎo)熱的界面材料，它必須具備良好的導(dǎo)熱性、柔軟以及在電池模組的PET膜和鋁合金之間有一定的密著力等特點(diǎn)，而加成型導(dǎo)熱硅凝膠正好滿足這些特點(diǎn)。

加成型導(dǎo)熱硅凝膠是由有機(jī)硅凝膠和導(dǎo)熱填料組成的柔性材料，而凝膠交聯(lián)密度僅為加成型硅橡膠的1/10～1/5，正是由于其交聯(lián)密度低使得其柔軟性較好[4-5]，且未發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)的小分子和基團(tuán)讓其表面有一定黏性，在電池模組的PET膜和鋁合金能產(chǎn)生密著力。此外，由于硅凝膠其主鏈上以硅氧鍵為主的分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，它還具有良好的疏水性、優(yōu)異的耐候性、耐老化性能、耐高低溫性能和電絕緣性能[6-8]。基于這些優(yōu)異的性能，導(dǎo)熱硅凝膠作開始大量作為電池模組和鋁合金底板之間的導(dǎo)熱界面材料使用。本實(shí)驗(yàn)以α,ω-二乙烯基硅油、含氫硅油作為加成反應(yīng)的基礎(chǔ)硅油、Al2O3作為導(dǎo)熱填料制備出導(dǎo)熱硅凝膠，并研究了α，ω-二乙烯基硅油的乙烯基含量、含氫硅油的活性氫含量、n(Si-H)/n(Si-Vi)比、導(dǎo)熱填料的添加量對于導(dǎo)熱硅凝膠在PET材料和鋁合金之間的密著力的影響。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 主要材料和儀器

α,ω-二乙烯基聚二甲基硅氧烷(粘度100～2000 mPa·s)，安必亞特種有機(jī)硅南通有限公司；含氫硅油(活性氫質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.06～7.5)，江西海多化工有限公司；抑制劑(乙炔基環(huán)己醇)，百靈威科技有限公司；催化劑(3200 ppm鉑金催化劑)；導(dǎo)熱填料(Al2O3)，東莞東超新材料科技有限公司。

DAC600 2高速分散機(jī)，德國 FLACKTEK公司；CS101-3E恒溫鼓風(fēng)干燥箱，重慶四達(dá)試驗(yàn)設(shè)備有限公司；XL-250A萬能拉力試驗(yàn)機(jī)，廣州試驗(yàn)儀器廠；Hot Disk1500導(dǎo)熱系數(shù)儀，瑞典Hot Disk有限公司。

1.2 加成型導(dǎo)熱硅凝膠的制備

A組分：取100份α,ω-二乙烯基聚二甲基硅氧烷，0.1～0.5份催化劑，400～1200份導(dǎo)熱粉混合均勻；

B組分：取100份α,ω-二乙烯基聚二甲基硅氧烷，5～20份含氫硅油，0.01～0.05份抑制劑，400～1200份導(dǎo)熱粉，混合均勻。

將AB組分按照質(zhì)量比1∶1混合均勻，真空脫泡10～20 min，獲得導(dǎo)熱硅凝膠，將膠打在PET和鋁合金模具之間，120 ℃熱固化30 min即得試片。

1.3 測試及表征

熱導(dǎo)率：按 ASTM D 5470-2001采用導(dǎo)熱系數(shù)儀測試。

力學(xué)性能：按 GB/T 528-2009采用萬能拉力試驗(yàn)機(jī)測試，測試試片如圖1所示。

圖1 密著力測試試片示意圖

2 結(jié)果與討論

導(dǎo)熱硅凝膠的密著力大小主要與膠體本身的黏性和本體強(qiáng)度相關(guān)的，膠體的黏性決定了粘接力的大小，本體強(qiáng)度決定了膠體本身破壞所需要的力。如果膠體的粘接力大于膠體本身破壞所需要的力時(shí)，密著力大小主要取決于本體強(qiáng)度；如果膠體的粘接力小于膠體本身破壞所需要的力時(shí)，密著力大小主要取決于膠體的粘接力即黏性，即密著力大小取決于膠體產(chǎn)生的粘接力與本體強(qiáng)度中較小的那個(gè)。

2.1 乙烯基硅油對密著力的影響

圖2 乙烯基硅油粘度對密著力的影響

由圖2可以看到，在硅氫比、含氫硅油種類、粉體添加量相同的條件下，隨著所選乙烯基硅油粘度的變大的過程，密著力呈現(xiàn)先變大后下降的趨勢。這是由于α,ω-二乙烯基硅油粘度越高，它的分子量越高，乙烯基含量越低，當(dāng)粘度過低時(shí)，乙烯基含量過高，交聯(lián)點(diǎn)過密，導(dǎo)致膠體韌性差呈現(xiàn)硬而脆的特征，膠本體強(qiáng)度較低，使得密著力較低；當(dāng)粘度過高時(shí)，乙烯基含量過低，交聯(lián)密度過低，膠體過軟，本體強(qiáng)度降低，最終呈現(xiàn)出圖中密著力先升高后降低。綜合考慮，選用粘度500 mPa·s的α,ω-二乙烯基硅油是相對最佳的選擇。

2.2 含氫硅油對密著力的影響

圖3 含氫硅油含氫量對密著力的影響

由圖3可以看到，在乙烯基硅油、硅氫比、粉體添加量相同的條件下，隨著含氫硅油氫含量的升高，膠的密著力呈現(xiàn)先變大再變小的趨勢，這是由于氫含量越高含氫硅油反應(yīng)活性越高，當(dāng)氫含量過低時(shí)，加成反應(yīng)活性過低，交聯(lián)反應(yīng)不充分，膠體的強(qiáng)度非常差，導(dǎo)致密著力比較低；但當(dāng)氫含量高到一定程度時(shí)，交聯(lián)點(diǎn)過密，導(dǎo)致膠體韌性差呈現(xiàn)硬而脆的特征，膠本體強(qiáng)度較低，密著力反而降低，最終呈現(xiàn)出圖中密著力先升高后降低。綜合考慮，選用氫含量為0.1的含氫硅油是相對最佳的選擇。

2.3 n(Si-H)/n(Si-Vi)比對于密著力的影響

圖4 n(Si-H)/n(Si-Vi)比對密著力的影響

由圖4可以看到，在乙烯基硅油、含氫硅油、粉體添加量相同的條件下，隨著n(Si-H)/n(Si-Vi)比值得升高，膠的密著力呈現(xiàn)先變大再變小的趨勢，這是由于n(Si-H)/n(Si-Vi)較低時(shí)，交聯(lián)反應(yīng)得密度過低，膠體得強(qiáng)度過低，導(dǎo)致密著力較低；但n(Si-H)/n(Si-Vi)升高到一定程度時(shí)，強(qiáng)度高了，但是發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)程度更高導(dǎo)致小分子硅油以及未反應(yīng)基團(tuán)都變少了，而膠的黏性粘接力就來自于未反應(yīng)的基團(tuán)和硅油分子，粘接力降低了，當(dāng)粘接力小于膠體本身破壞所需要的力，密著力取決于黏性粘接力，故而密著力反而降低了。綜合考慮，n(Si-H)/n(Si-Vi)為0.8時(shí)最為合適。

2.4 粉的添加量對密著力的影響

由圖5可以看到，在乙烯基硅油、含氫硅油、n(Si-H)/n(Si-Vi)相同時(shí)，隨著導(dǎo)熱粉體加入量不斷提高，密著力呈現(xiàn)先變大再變小的趨勢，這是由于導(dǎo)熱粉體除了有提高導(dǎo)熱系數(shù)的功能還是補(bǔ)強(qiáng)的功能，故而加入粉體越多，強(qiáng)度越高，密著力越高，但是粉體添加量過高的話會(huì)稀釋硅凝膠的含量，使得硅凝膠的力學(xué)性能展現(xiàn)不出來，破壞了膠本身的強(qiáng)度。綜合考慮，導(dǎo)熱粉和膠的質(zhì)量比為8時(shí)最為合適，此時(shí)導(dǎo)熱率為2.1 W(圖6)。

圖5 粉體與膠體質(zhì)量比對密著力的影響

圖6 粉體與膠體質(zhì)量比對導(dǎo)熱率的影響

3 結(jié) 論

(1)隨著所選乙烯基硅油粘度的變大的過程，導(dǎo)熱硅凝膠密著力呈現(xiàn)先變大后下降的趨勢，選用粘度500的α,ω-二乙烯基硅油，密著力相對最好；

(2)隨著含氫硅油氫含量的升高，導(dǎo)熱硅凝膠的密著力呈現(xiàn)先變大再變小的趨勢，選用氫含量為0.1的含氫硅油，密著力相對最好；

(3)隨著n(Si-H)/n(Si-Vi)比值得升高，導(dǎo)熱硅凝膠的密著力呈現(xiàn)先變大再變小的趨勢，n(Si-H)/n(Si-Vi)為0.8時(shí)密著力相對最好；

(4)隨著導(dǎo)熱粉體加入量不斷提高，導(dǎo)熱硅凝膠密著力呈現(xiàn)先變大再變小的趨勢，導(dǎo)熱粉和膠的質(zhì)量比為8時(shí)密著力相對最好，此時(shí)導(dǎo)熱系數(shù)為2.1 W。