本發(fā)明涉及LED散熱橡膠技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種耐熱耐老化大功率LED散熱用導(dǎo)熱橡膠及其生產(chǎn)方法。

背景技術(shù)：

LED((LightEmittingDiode))作為一種優(yōu)良的光電器件，具有體積小、功耗低、壽命長、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，預(yù)計在未來的10~20年內(nèi)將成為新一代理想的通用照明光源。隨著LED向高光強(qiáng)、高功率發(fā)展，其散熱問題日漸突出，嚴(yán)重影響了LED的光輸出特性和器件的壽命，已成為大功率LED封裝必需解決的關(guān)鍵問題。本文針對LED的散熱問題，選擇研究了可應(yīng)用于大功率LED的導(dǎo)熱硅橡膠。在闡述硅橡膠的硫化機(jī)理和導(dǎo)熱機(jī)理的基礎(chǔ)上，制備了KH-550(硅烷偶聯(lián)劑)表面處理的Al2O3、AlN導(dǎo)熱硅橡膠、不同填料(氧化鋁、銅、氮化鋁、石墨、鋁)的導(dǎo)熱硅橡膠、不同粒徑的導(dǎo)熱硅橡膠以及二元混合填充導(dǎo)熱硅橡膠；分析了填料表面處理、填料種類、不同量補(bǔ)強(qiáng)劑、填料填充量、填料粒徑大小等因素對單組份硅橡膠以及主填充填料、增強(qiáng)填料對二元混合填充導(dǎo)熱硅橡膠熱導(dǎo)率的影響；并將所制備的導(dǎo)熱硅橡膠用于1W、3W、5WLED燈珠；最后，應(yīng)用COMSOLMultiphysic多物理場仿真軟件對LED溫度場進(jìn)行了初步模擬。論文的主要研究結(jié)果如下：①經(jīng)過表面處理的導(dǎo)熱填料制備的導(dǎo)熱硅橡膠導(dǎo)熱率總體高于未經(jīng)表面處理的；同時，適量的氣相法白炭黑補(bǔ)強(qiáng)劑有利于增強(qiáng)硅橡膠活性，提高硅橡膠的導(dǎo)熱性能。②不同導(dǎo)熱顆粒制備的硅橡膠導(dǎo)熱率不同，熱導(dǎo)率λAl>λAlN>λC>λCu>λAl2O3，Al導(dǎo)熱硅橡膠導(dǎo)熱率最高，達(dá)到0.52W/(mK)，Al2O3導(dǎo)熱硅橡膠最低為0.36W/(mK)。③同種導(dǎo)熱填料下，隨導(dǎo)熱填料填充量的增大，硅橡膠熱導(dǎo)率增加。相同填料用量下，AlN填充硅橡膠的導(dǎo)熱性能比Al2O3的好。④Al填充導(dǎo)熱硅橡膠熱導(dǎo)率與Al顆粒粒徑的關(guān)系表明：填料粒徑對熱導(dǎo)率的影響較大，當(dāng)Al粒徑為50μm時，熱導(dǎo)率最高為0.70W/(mK)；⑤以Al(50μm)顆粒為主，添加不同粒徑(1、8、20、74μm)Al制備的二元混合導(dǎo)熱硅橡膠中，發(fā)現(xiàn)：隨第二填充Al顆粒粒徑增大，熱導(dǎo)率減小；同一粒徑(20μm)的Al和Cu作為第二填充顆粒時，熱導(dǎo)率變化不大。⑥將制備的導(dǎo)熱硅橡膠用于1W、3W、5WLED燈珠，實際散熱結(jié)果表明：自制AlN填充制備的導(dǎo)熱硅橡膠封裝的LED結(jié)溫比市購深圳市鴻富誠散熱墊片封裝的LED結(jié)溫稍高，兩者結(jié)溫溫差最小為2.3℃；但當(dāng)LED功率較高（>5W）時，兩者結(jié)溫相差很小，說明：制備的導(dǎo)熱硅橡膠更適合應(yīng)用于5W以上大功率LED。

該論文使用氮化鋁制備的橡膠導(dǎo)熱性較好，但是還是不能滿足生產(chǎn)的需要，而且橡膠的耐熱性、韌性、抗拉性能、耐水性、阻氣性、耐腐蝕性、耐磨性、抗輻射性、導(dǎo)熱性、耐酸堿性、阻燃性、易變形性、抗氧化性還是不夠好，需要進(jìn)一步改進(jìn)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的就是為了彌補(bǔ)已有技術(shù)的缺陷，提供一種耐熱耐老化大功率LED散熱用導(dǎo)熱橡膠及其生產(chǎn)方法。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種耐熱耐老化大功率LED散熱用導(dǎo)熱橡膠，由下列重量份的原料制成：PVP11-12、二氯甲烷適量、DMF適量、107硅橡膠100-104、二甲基硅油5-5.4、正硅酸乙酯4.2-4.4、二月桂酸二丁基錫1-1.3、硅烷偶聯(lián)劑kh-550 1.7-1.9、乙醇170-190、氣相法白炭黑10-11、40-50μm氮化鋁100-105、納米氮化鋁20-21、鋯質(zhì)鋁硅酸鹽1.1-1.3、膨化石墨粉1.4-1.6、鈦酸四丁酯2.5-2.7、硫醇甲基錫1.2-1.4。

所述的耐熱耐老化大功率LED散熱用導(dǎo)熱橡膠的生產(chǎn)方法，包括以下步驟：

（1）按體積比二氯甲烷：DMF=2:8配制成溶劑，加入PVP配制成12-13wt%的溶液，再加入納米氮化鋁，室溫下磁力攪拌12-13h，送入靜電紡絲裝置，溶液流速設(shè)定為0.2ml/h，驅(qū)動電壓為15kV，噴絲頭到收集裝置的距離為20cm，將40-50μm氮化鋁放入收集裝置中，在噴絲的同時不斷攪拌收集裝置內(nèi)的物料，噴絲完畢得到混合物料；

（2）將乙醇加熱至70-75℃，加入硅烷偶聯(lián)劑kh-550，攪拌均勻，加入第（1）步得到的混合物料，保溫并攪拌10-11min，靜置2-2.5h，用吸管吸去上層清液，剩余沉淀物放入干燥箱，在80-82℃下干燥2-2.5h，得到粉體；

（3）將107硅橡膠中加入二甲基硅油，混合均勻，得到稀釋橡膠；

（4）將第（2）步得到的粉體和第（3）步得到的稀釋橡膠以及其他剩余原料混合均勻，送入模具，再連同模具放入真空干燥箱中抽真空排除氣泡，10-12分鐘后取出，在室溫下自行固化4-4.5小時，即得。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：本發(fā)明將納米氮化鋁紡絲，得到了納米絲，附著在微米級氮化鋁表面，使得納米絲能夠與微米級氮化鋁緊密結(jié)合，使得納米絲均勻分散在橡膠中，形成了點(diǎn)和線的穩(wěn)定導(dǎo)熱通路，提高了橡膠的導(dǎo)熱性，還有效提高了硅橡膠的力學(xué)性能；通過使用鋯質(zhì)鋁硅酸鹽、膨化石墨粉、鈦酸四丁酯、硫醇甲基錫，提高了橡膠的耐熱性、耐磨性和耐老化性，還提高了熱輻射性，提高了導(dǎo)熱性能。

具體實施方式

一種耐熱耐老化大功率LED散熱用導(dǎo)熱橡膠，由下列重量份（公斤）的原料制成：PVP11、二氯甲烷適量、DMF適量、107硅橡膠100、二甲基硅油5、正硅酸乙酯4.2、二月桂酸二丁基錫1、硅烷偶聯(lián)劑kh-550 1.7、乙醇170、氣相法白炭黑10、40μm氮化鋁100、納米氮化鋁20、鋯質(zhì)鋁硅酸鹽1.1、膨化石墨粉1.4、鈦酸四丁酯2.5、硫醇甲基錫1.2。

所述的耐熱耐老化大功率LED散熱用導(dǎo)熱橡膠的生產(chǎn)方法，包括以下步驟：

（1）按體積比二氯甲烷：DMF=2:8配制成溶劑，加入PVP配制成12wt%的溶液，再加入納米氮化鋁，室溫下磁力攪拌12h，送入靜電紡絲裝置，溶液流速設(shè)定為0.2ml/h，驅(qū)動電壓為15kV，噴絲頭到收集裝置的距離為20cm，將40μm氮化鋁放入收集裝置中，在噴絲的同時不斷攪拌收集裝置內(nèi)的物料，噴絲完畢得到混合物料；

（2）將乙醇加熱至70℃，加入硅烷偶聯(lián)劑kh-550，攪拌均勻，加入第（1）步得到的混合物料，保溫并攪拌10min，靜置2h，用吸管吸去上層清液，剩余沉淀物放入干燥箱，在80℃下干燥2h，得到粉體；

（3）將107硅橡膠中加入二甲基硅油，混合均勻，得到稀釋橡膠；

（4）將第（2）步得到的粉體和第（3）步得到的稀釋橡膠以及其他剩余原料混合均勻，送入模具，再連同模具放入真空干燥箱中抽真空排除氣泡，10分鐘后取出，在室溫下自行固化4小時，即得。

本實施例散熱橡膠的導(dǎo)熱系數(shù)為0.73W/(m.K),硬度HA（s）為65。