導熱高分子材料的研究與應用

1、    導熱高分子材料的研究與應用    梁晉嘉摘 要 介紹了金屬材料、非金屬材料、高分子材料的導熱機理，以及導熱填料攙雜高分子材料的導熱理論模型。綜述了各種高導熱填料的研究進展和它們在導熱高分子材料中的應用情況。最后提出了導熱高分子材料的研究方向。關鍵詞 導熱高分子材料 導熱機理 導熱填料 應用：tb332 ：a1導熱高分子材料的研究概況絕大多數(shù)高分子材料本身屬于絕熱性材料。要想賦予高分子材料優(yōu)良的導熱性，主要是通過共混 （熔體共混和溶液共混等） 方法在高分子材料中填充導熱性能好的填料。這樣得到的導熱材料有價格低廉、易加工成型等優(yōu)點。1.1導熱塑料對于

2、導熱塑料的研究和應用很多，可以對其進行簡單的分類，按照基體材料種類可以分為熱塑性導熱樹脂和熱固性導熱樹脂；按填充粒子的種類可分為：金屬填充型、金屬氧化物填充型、金屬氮化物填充型、無機非金屬填充型、纖維填充型導熱塑料；也可以按照導熱塑料的某一種性質來劃分，比如根據(jù)其電絕緣性能可以分為絕緣型導熱塑料和非絕緣型導熱塑料。（1）非絕緣型導熱塑料。由于塑料本身具有絕緣性，因此對于絕大多數(shù)導熱塑料的電絕緣性能，最終是由填充粒子的絕緣性能決定的。用于非絕緣型導熱塑料的填料常常是金屬粉、石墨、炭黑、碳纖維等，這類填料的特點是具有很好的導熱性，能夠容易地使材料得到高的導熱性能，但是同時也使得材料的絕緣性能下降甚

3、至成為導電材料。因此在材料的工作環(huán)境對于電絕緣性要求不高的情況下，都可以應用上述填料。（2）絕緣型導熱塑料。用于這類導熱塑料的填料主要包括：金屬氧化物如beo，mgo，al2o3，cao，nio；金屬氮化物如aln，bn等；碳化物如sic，b4 c3等，它們也有不錯的導熱性，而且同金屬粉相比有優(yōu)異的電絕緣性，因此它們能保證最終制品具有良好的電絕緣性，這在電子電器工業(yè)中是至關重要的。 當然也可以用在對導電性能沒有特殊要求的其他領域。1.2導熱橡膠用含有 al2o3的硅橡膠可以制作電子元器件的導熱層。當al2o3 的量是聚合物的3倍時，材料的導熱系數(shù)可達2.72w/（m·k）。在硅橡膠中

4、大量填充al2o3，還可同時獲得高導熱性和阻燃性。在硅橡膠中填加金屬粉或氮化物（可從鋁粉、bn、aln中選擇）和經(jīng)硬脂酸表面處理的al（oh）3粉末，可制備具有高導熱性和良好阻燃性的硅橡膠，阻燃級別為v-0（ul-94），導熱系數(shù)為1.09w/（m·k）。1.3導熱膠粘劑導熱膠粘劑多用于絕緣性場合，因為在電子電氣工業(yè)發(fā)展中，電子電氣材料領域急需導熱絕緣材料，如半導體管與散熱器的粘合、管心的保護、管殼的密封，整流器、熱敏電阻器的導熱絕緣，微包裝中多層板的導熱絕緣組裝等需要不同工藝性能的導熱絕緣膠。2導熱高分子導熱機理晶體的導熱機理是排列整齊的晶粒的熱振動，通常用聲子的概念來描述。對于金

5、屬晶體，自由電子的運動對導熱起主要作用，聲子所作的貢獻大多情況下可以忽略不計。非晶體的導熱機理是依靠無規(guī)律排列的分子或原子，圍繞固定的位置的熱振動，將能量依次傳給相鄰的分子或原子。由于非晶體可看作晶粒極細的晶體，因此也可用聲子的概念來分析其導熱。一般高分子材料本身的導熱性較差，是熱的不良導體，只有通過填充高導熱性的填料增加材料的導熱性能。但填料的加入往往降低了材料的強度性能。填料自身的導熱性能及其在基體中的分布形式?jīng)Q定了整體材料的導熱性能。導熱高分子復合材料的導熱性能最終是由高分子基體和高導熱填充物綜合作用決定的。作為導熱高分子復合材料的填充物無論是以粒子還是以纖維形式，其自身的導熱性都遠大于

6、基體材料的導熱性，當填充量比較小時，彼此能夠均勻的分散在體系中，它們之間沒有接觸和相互作用。3導熱高分子材料的應用3.1石墨導熱材料換熱器是化工、制藥、食品、能源等工業(yè)部門廣泛應用的通用設備。碳鋼和不銹鋼導熱性很好，然而在特定的情況下，特別是有腐蝕性化學物質時，則不能適應要求。高分子材料雖然化學穩(wěn)定性優(yōu)異，但熱導率較低。3.2導熱絕緣膠粘劑在當代電子技術革命的浪潮中，電子電氣材料領域急需導熱絕緣材料。如半導體管陶瓷基片與銅座的粘合、管心的保護、管殼的密封，整流器、熱敏電阻器的導熱絕緣，微包裝中多層板的導熱絕緣組裝等需要不同工藝性能的導熱絕緣膠。3.3導熱節(jié)能膠粘劑化工部北京化工研究院研制成功兩

7、種tm型膠粘劑。其tm-型是無機型導熱膠粘劑，其主要成分為鱗片狀石墨及硅酸鹽類無機膠粘劑，該種膠粘劑熱導率大傳熱效率高，適用溫度范圍廣（-190370），tm-型是有機型導熱膠粘劑，是以高純度結晶型石墨為導熱材料，以有機高分子物質為粘接劑，并加入其它適量助劑而制成的一種單組分導熱材料。該種導熱膠粘劑化學穩(wěn)定性好，強度高，耐水性好，貯存及施工方便，可在-190190范圍使用。4結論在制備導熱高分子材料中，應根據(jù)產品的使用要求選擇適當?shù)臉渲?、填料，并對填料進行預處理以改善填料和樹脂的界面性能。導熱材料的出現(xiàn)既擴大了高分子材料的應用范圍，又拓寬了傳熱材料的研究領域。目前主要研究方向為：（1）對現(xiàn)有導熱填料進行改性，改善其綜合性能；（2）研究發(fā)現(xiàn)新型導熱填料，如高取向填料、立體網(wǎng)狀填料；（3）探索本征導熱高分子材料的可能性，并使之達到實用的要求，這一點將是導熱材料研究最富有挑戰(zhàn)性的領域。