摘 要：為滿足汽車電子行業(yè)對(duì)粘接和導(dǎo)熱需求，實(shí)現(xiàn)快速有效的散熱，對(duì)凝膠、硅脂、膠粘劑導(dǎo)熱率提出了更高的要求，研究以球形氧化鋁搭配聚氨酯樹脂制備了一款高導(dǎo)熱雙組分聚氨酯結(jié)構(gòu)膠，考察了粉體粒徑搭配處理，多元醇樹脂對(duì)聚氨酯膠黏度、力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明，通過粗細(xì)粒徑粉體合理搭配和合適的粉料處理，同時(shí)使用改性的蓖麻油，制備出的雙組分聚氨酯結(jié)構(gòu)膠具有高導(dǎo)熱，高結(jié)構(gòu)粘接性能，同時(shí)耐久性優(yōu)異，滿足汽車電子高導(dǎo)熱粘接的要求。

關(guān)鍵詞：粉體處理；氧化鋁；聚氨酯結(jié)構(gòu)膠；導(dǎo)熱；粘接

中圖分類號(hào)：

TQ436+.2

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：

A文章編號(hào)：

1001-5922（2024）01-0009-03

Development of a high thermal conductivity polyurethane

structural adhesive for automotive electronic components

AI Shaohua，CHEN Xuhuang

（School of Materials and Chemical Engineering，Hubei University of Technology，Wuhan 430068，China）

Abstract：To meet the bonding and thermal conductivity requirements of the automotive electronics industry，and achieve fast and effective heat dissipation，higher thermal conductivity requirements are proposed for gel，silicone grease，and adhesive.A high thermal conductivity two-mponent polyurethane structural adhesive was prepared by using" spherical alumina and polyurethane resin.The effects of powder particle size matching treatment" and polyol resin on the viscosity and mechanical properties of polyurethane adhesive were investigated.The results showed that by using a reasonable combination of coarse and fine particle size powder and suitable powder treatment，and modified castor oil at the same time，the prepared two-component polyurethane structural adhesive had high thermal conductivity，high structural bonding properties and excellent durability to meet the requirements of high thermal conductivity bonding for automotive electronics.

Key words：powder treatment；alumina；polyurethane structural adhesive；thermal conductivity；bonding

隨著5G和新能源汽車的快速發(fā)展和普及，相關(guān)的電路元器件趨于小型化，元器件工作放熱功率越來越高。為了實(shí)現(xiàn)快速有效的散熱，對(duì)凝膠、硅脂、膠粘劑導(dǎo)熱率提出了更高的要求。新能源汽車高速發(fā)展，BMS（電池管理系統(tǒng)）作為動(dòng)力電池的核心部件，要求越來越高，高壓快充等需求導(dǎo)致BMS對(duì)電路板零部件的散熱提出了更高的要求，部分零部件如傳感器、液冷板既要求可靠的粘接性，又要求高的導(dǎo)熱功能［1-6］，這對(duì)膠粘劑的開發(fā)提出了挑戰(zhàn)。試驗(yàn)基于汽車電子行業(yè)需求開發(fā)了高導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)粘接膠，滿足了汽車電子行業(yè)對(duì)粘接和導(dǎo)熱需求。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)原料

雙酚A二元醇HP2000：工業(yè)級(jí)，法國(guó)賽比克；AC009蓖麻油改性多元醇：工業(yè)級(jí)，日本伊藤制油：蓖麻油：精煉一級(jí)，山東鄒平縣裕宏油脂有限公司；二月桂酸二丁基錫：化學(xué)純，上海試四赫維化工有限公司；對(duì)甲苯磺酰異氰酸酯（PTSI吸水劑）：工業(yè)級(jí)，杭州伊聯(lián)化工；液化二笨基甲垸二異氯酸酯（MDI）：工業(yè)級(jí)，萬華化學(xué)；γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷（KH560）偶聯(lián)劑：荊江江瀚；聚醚多元醇330N：工業(yè)級(jí)，山東東大；球型氧化鋁：工業(yè)級(jí)，自制；3A分子篩粉：工業(yè)級(jí)，洛陽建龍；硬脂酸：日化級(jí)，印尼綠寶；月桂酸聚醚酯：工業(yè)級(jí)，江蘇海安石化化工廠；十二烷基三甲氧基硅烷：工業(yè)級(jí)，南京能德化工有限公司。

1.2 試驗(yàn)儀器

XZH-6型高速行星分散機(jī)，無錫雙葉機(jī)械；AG-1C型拉力試驗(yàn)機(jī)，日本島津；RDG-800型低溫恒定濕熱箱，艾墨生科技；Hotdisk Tps 2500導(dǎo)熱儀，Hot Disk AB公司。

1.3 試驗(yàn)部分

1.3.1 粉料處理

將球形氧化鋁原粉按不同的粒徑搭配，加入自制的處理劑在高攪機(jī)上進(jìn)行活化處理，制得導(dǎo)熱粉料；使用前于110～120 ℃下干燥12～24 h后，降溫至室溫后，密封保存。

1.3.2 聚氨酯預(yù)聚物的制備

將聚醚330N高溫120 ℃減壓脫水至水分低于0.5%，降溫至室溫，倒入三口燒瓶中，加入計(jì)量好的液化MDI，氮?dú)獗Ｗo(hù)下升溫至80 ℃，保溫反應(yīng)2 h，降溫至室溫出料，密封待用。

1.3.3 膠粘劑的制備

A組分的制備。將HP2000、AC009、蓖麻油、KH560硅烷按比例加入分散機(jī)中，分散3～5 min，再加入處理過的球形氧化鋁，在真空下分散15～20 min，氮?dú)庑箟汉蟪隽?，密封保存?/p>

B組分的制備。將聚氨酯預(yù)聚物加入到分散機(jī)中，加入PTSI，分散3～5 min，再加入處理過的球形氧化鋁，在真空下分散15～20 min，氮?dú)庑箟汉蟪隽?，密封保存?/p>

1.4 測(cè)試和表征

（1）旋轉(zhuǎn)黏度：按GB/T 2794—2022標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試；

（2）導(dǎo)熱率：按ISO 22007—2：2022標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試；

（3）拉伸強(qiáng)度及拉斷伸長(zhǎng)率：按GB/T 528—2009標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試，拉伸速率為10 mm/min；

（4）硬度：按GB/T 531—2009標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試；

（5）剪切強(qiáng)度：按GB/T 13477.5—2002標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試，拉伸速度2 mm/min；

（6）耐濕熱性：剪切試片放置在85 ℃，相對(duì)濕度85%環(huán)境下1 000 h后取出，測(cè)試剪切強(qiáng)度；

（7）高低溫沖擊：剪切試片于一定環(huán)境中放置后測(cè)試。（環(huán)境要求：低溫-40 ℃，時(shí)間30" min；高溫85 ℃，時(shí)間30 min；溫度轉(zhuǎn)換時(shí)間5 min，循環(huán)次數(shù)1 000次）

2 結(jié)果與討論

2.1 不同粒徑粉體搭配對(duì)導(dǎo)熱系數(shù)的影響

在制備導(dǎo)熱粉體，粉料的粒徑分布對(duì)膠粘劑的導(dǎo)熱系數(shù)和黏度影響較大，常規(guī)的粉料粒徑分布相對(duì)較窄，通過幾種不同粒徑分布的搭配和復(fù)配，對(duì)導(dǎo)熱系數(shù)和黏度有較大的提高。通過球鋁D50粒徑為50 、5 μm的2種粉料按不同比例搭配確定最佳的配比，油粉比按照m（聚氨酯預(yù)聚物樹脂）∶m（粉料）為20∶80進(jìn)行配制，結(jié)果如表1所示。

由表1可知，粉料的粒徑及搭配對(duì)導(dǎo)熱系數(shù)和黏度均有明顯的影響，一般認(rèn)為小粒徑能充分填充在大粒徑的間隙，實(shí)現(xiàn)高的填充效果，有效改善導(dǎo)熱性和降低黏度，特別兩種粉體粒徑有較大差距，效果更明顯。從表1還可以看出，當(dāng)粗細(xì)2種粉體按照7/3搭配時(shí)，制備膠粘劑導(dǎo)熱系數(shù)和黏度均有較好的表現(xiàn)。

2.2 表面處理劑處理粉料對(duì)黏度的影響

高導(dǎo)熱膠粘劑對(duì)粉體的吸油值有極為苛刻的要求，因此需要對(duì)粉體進(jìn)行有效的處理以降低吸油值［7-9］，從而實(shí)現(xiàn)高填充，一般的處理劑為硬脂酸類、長(zhǎng)鏈酯類、硅烷類處理劑。研究通過3類處理劑的篩選，評(píng)估合適的處理劑，其中處理劑含量1%，處理后的按照油粉15∶85進(jìn)行配制。

由表2可知，處理劑對(duì)粉體吸油值的降低均有明顯的效果，月桂酸聚醚酯相對(duì)其他2種處理劑，更能明顯的降低吸油值，提高填充率。

2.3 油粉比對(duì)導(dǎo)熱和黏度的影響

球鋁在導(dǎo)熱體系中隨著比例的增加，導(dǎo)熱系數(shù)逐步增加，當(dāng)粉料比例超過一個(gè)比值后，導(dǎo)熱系數(shù)快速上升。通過提升粉料占比，考察導(dǎo)熱膠黏度和導(dǎo)熱系數(shù)，評(píng)估最佳粉料比例。

由表3可知，隨著粉料增加，導(dǎo)熱系數(shù)逐漸增加，當(dāng)油粉比達(dá)到15∶85后，導(dǎo)熱系數(shù)快速增加，粉體之間形成連續(xù)的結(jié)構(gòu)，形成了足夠的導(dǎo)熱通路［10-12］。

2.4 多元醇樹脂對(duì)粘接性能的影響

PCB電路板以有機(jī)復(fù)合材料居多［10-14］，同時(shí)電路板的零部件種類繁多，材質(zhì)多種多樣。研究以典型的電路板材質(zhì)和鎳片作為粘接材質(zhì)，考察了不同結(jié)構(gòu)的聚氨酯預(yù)聚物中多元醇樹脂對(duì)粘接性能的影響，結(jié)果如表4所示?！癗A”表示樣品無法做出，無法完成測(cè)試。

由表4可知，雙酚A二元醇合成的聚氨酯樹脂AC009改性蓖麻油對(duì)基材的粘接性最為突出，不僅剪切強(qiáng)度最高，且粘接界面破壞形式最好［15］，為材質(zhì)破壞，其他各項(xiàng)力學(xué)性能較好；同時(shí)，雙酚A二元醇和蓖麻油的搭配結(jié)合2種樹脂的優(yōu)點(diǎn)，綜合性能尚可。

2.5 高導(dǎo)熱系數(shù)高可靠粘接膠的制備

對(duì)綜合粉料的粒徑搭配和粉體處理，篩選了合適的樹脂搭配，制備了一款高導(dǎo)熱性粘接型雙組分聚氨酯結(jié)構(gòu)膠，同時(shí)具有優(yōu)異的耐久性，主要性能見表5。

3 結(jié)語

（1）粉料的不同粒徑和比例搭配對(duì)導(dǎo)熱系數(shù)有較大的影響；

（2）采用含聚醚結(jié)構(gòu)的處理劑能明顯改善粉料的填充性；

（3）通過粉料搭配處理，同時(shí)選擇合適的樹脂制備了一款高導(dǎo)熱高可靠粘接的雙組分聚氨酯膠，滿足了汽車電子行業(yè)的粘接導(dǎo)熱需求。

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