中國(guó)粉體網(wǎng)訊 導(dǎo)熱高分子材料由于具有良好的熱交換性能,，在航空航天飛行器、電子封裝,、化工熱交換器,、LED等許多領(lǐng)域中都有著非常廣泛的應(yīng)用。
對(duì)導(dǎo)熱高分子材料來(lái)說(shuō),，提高材料的導(dǎo)熱性能是關(guān)鍵,。目前，生產(chǎn)導(dǎo)熱高分子材料最簡(jiǎn)單有效的辦法是在高分子材料中添加導(dǎo)熱填料,，此方法能夠有效提高導(dǎo)熱高分子材料的熱導(dǎo)率,，且工藝簡(jiǎn)單，利于工業(yè)化生產(chǎn),。
常見(jiàn)填料的導(dǎo)熱系數(shù)
金屬填料
聚合物中添加金屬粉末是提高材料導(dǎo)熱性能的有效方法,，在金屬晶體中，熱傳導(dǎo)主要通過(guò)內(nèi)部大量自由電子的定向移動(dòng),，常用的金屬填料有銀,、銅、鋁,、鎂,、鎳等。金屬粉末在具有高導(dǎo)熱系數(shù)的同時(shí)也具有導(dǎo)電性能,，使得制成的導(dǎo)熱塑料表面電阻較低，具有一定的導(dǎo)電性,。在對(duì)電絕緣性能要求較高的電子電器領(lǐng)域,，對(duì)制件的表面電阻要求較高,，這是金屬填充聚合物的一大缺陷。
喬梁等對(duì)微米鋁粉填充環(huán)氧樹(shù)脂的導(dǎo)熱性能進(jìn)行研究,。研究發(fā)現(xiàn),，當(dāng)鋁粉填充體積分?jǐn)?shù)達(dá)到40%時(shí)，復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)發(fā)生突變,，導(dǎo)熱系數(shù)為3.5W/(m·K),。
氧化物填料
氧化物填料主要有氧化鋁、氧化鎂,、氧化鋅等,，它們具有一定的導(dǎo)熱能力，電絕緣性能優(yōu)良,。氧化物填料主要以與氮化物混雜的方式填充絕緣高分子材料,，從而可以提高材料的熱導(dǎo)率，保持穩(wěn)定的電性能,，降低生產(chǎn)成本,。
氧化鋁
氧化鋁是一種多功能無(wú)機(jī)填料，具有較大的導(dǎo)熱系數(shù),、介電常數(shù)以及較好的耐磨性能,，另外，其價(jià)格便宜,，因此被廣泛應(yīng)用于導(dǎo)熱復(fù)合材料填料,。
Kazo等以氧化鋁為填料填充環(huán)氧樹(shù)脂，當(dāng)填料體積達(dá)60%時(shí),，復(fù)合材料熱導(dǎo)率可達(dá)4.3W/(m·K),。
針狀氧化鋁的價(jià)格低,，但填充量小,，在液體硅膠中，普通針狀氧化鋁的最大添加量一般為300份左右,，因此所得產(chǎn)品的熱導(dǎo)率有限,。而球形氧化鋁的填充量大，在液體硅膠中其最大添加量達(dá)到600~800份,，所得制品的熱導(dǎo)率高,，同時(shí)價(jià)格較高，但低于氮化硼和氮化鋁的價(jià)格,。
氧化鎂
氧化鎂為白色或淡黃色粉末,，耐火性能良好。氧化鎂的價(jià)格低，在空氣中易吸潮,，增粘性較強(qiáng),，不能大量填充，且耐酸性差,，很容易被酸腐蝕,，限制了其在酸性環(huán)境中的應(yīng)用。
林曉丹等以MgO（40~325目）為導(dǎo)熱填料共混填充聚苯硫醚(PPS),，發(fā)現(xiàn)MgO填充量為80%時(shí),，PPS復(fù)合材料的熱導(dǎo)率3.4W/(m·K)，并保持較好的力學(xué)性能和電絕緣性能,。
氧化鋅
氧化鋅的粒徑及均勻性很好,，適合生產(chǎn)導(dǎo)熱硅脂，但其熱導(dǎo)率偏低,，不適合生產(chǎn)高導(dǎo)熱產(chǎn)品,；質(zhì)輕，增粘性強(qiáng),，也不適合灌封,。
氮化物填料
常用的氮化物填料有氮化鋁、氮化硼,、氮化硅等,，具有導(dǎo)熱系數(shù)高、熱膨脹系數(shù)低,、介電常數(shù)低,、耐高溫等優(yōu)點(diǎn)，是提升絕緣體系導(dǎo)熱性能的最佳填料,。
氮化鋁
氮化鋁是原子晶體,，屬金剛石氮化物類(lèi)，可在2200℃高溫下穩(wěn)定存在,，其導(dǎo)熱性能好,，熱膨脹系數(shù)小，是良好的耐熱沖擊材料,。氮化鋁的導(dǎo)熱系數(shù)接近氧化硼和碳化硅的導(dǎo)熱系數(shù),，比氧化鋁的導(dǎo)熱系數(shù)大5倍以上。
蔚永強(qiáng)等應(yīng)用雙粒度氮化鋁混合填充環(huán)氧樹(shù)脂,，研究了氮化鋁顆粒的添加量,、級(jí)配填充對(duì)復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能的影響規(guī)律，研究發(fā)現(xiàn)粒徑20μm與3μm質(zhì)量比為4/6,，填充量為60%,，熱導(dǎo)率達(dá)1.373W/(m·K),，比其他同類(lèi)型產(chǎn)品熱導(dǎo)率提高了30%。
氮化硼
氮化硼屬六方晶系的層狀結(jié)構(gòu),，與石墨結(jié)構(gòu)類(lèi)似,，具有較高的熱導(dǎo)率,，較低的熱膨脹系數(shù),，優(yōu)良的熱穩(wěn)定性，較高的抗氧化性等,。但其價(jià)格很高,，雖然單純采用氮化硼可以達(dá)到較高的熱導(dǎo)率，但與氮化鋁類(lèi)似,，大量填充后體系的粘度急劇上升,，限制其應(yīng)用。
Wang等使用BN作為導(dǎo)熱填料填充環(huán)氧樹(shù)脂,，由于BN本身具有較高的導(dǎo)熱系數(shù),、低介電常數(shù)和低熱膨脹系數(shù)，使得制得的復(fù)合材料具有良好的綜合性能,。使用六方BN進(jìn)行填充的復(fù)合材料導(dǎo)熱系數(shù)達(dá)到2.91W/(m·k),，而使用立方BN填充的復(fù)合材料導(dǎo)熱系數(shù)可達(dá)3.95W/(m·k)。
氮化硅
氮化硅電絕緣性能優(yōu)異,，熱導(dǎo)率高達(dá)180W/(m·K),，強(qiáng)度較高。氮化硅具有α和β兩種晶型,，均為六方晶系,。在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中，以β-Si3N4為主,。
王明明等采用澆注法制備了氮化硅/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料,，研究了粒徑和添加量對(duì)導(dǎo)熱性能的影響。結(jié)果表明,，當(dāng)?shù)梵w積添加量為30%時(shí),，復(fù)合材料熱導(dǎo)率達(dá)0.83W/(m·K)，采用硅烷偶聯(lián)劑處理對(duì)材料導(dǎo)熱性能和力學(xué)性能都有所提高,。
碳化物填料
碳化物填料主要是碳化硅和碳化硼填料,。
碳化硅
碳化硅是用石英砂、石油焦（或煤焦）和木屑等原料通過(guò)電阻爐高溫冶煉而成,。碳化硅化學(xué)性能穩(wěn)定,，其導(dǎo)熱性能優(yōu)于其他半導(dǎo)體填料，在高溫下導(dǎo)熱系數(shù)甚至大于金屬,。
Nathan等以SiC為導(dǎo)熱填料填充環(huán)氧樹(shù)脂,，研究發(fā)現(xiàn),，SiC粒子可促進(jìn)環(huán)氧樹(shù)脂的固化，并在體系中形成導(dǎo)熱通路或?qū)峋W(wǎng)鏈,，提高力學(xué)及導(dǎo)熱性能,。
碳化硼
碳化硼是一種耐火材料和超硬材料，熱導(dǎo)率很高,，但價(jià)格昂貴,，在絕緣高分子材料中應(yīng)用不是很廣泛。
S E Gwaily等以碳化硼為導(dǎo)熱填料來(lái)填充天然橡膠材料,，發(fā)現(xiàn)碳化硼的加入可以提高天然橡膠的熱擴(kuò)散系數(shù),，且天然橡膠的熱擴(kuò)散系數(shù)經(jīng)過(guò)老化后也有所提高。
其他無(wú)機(jī)非金屬填料
無(wú)機(jī)非金屬填料主要指碳納米管,、石墨,、炭黑以及一些礦物原料。
碳納米管
碳納米管是由石墨原子單層繞成的管狀物,，分為單壁碳納米管和多壁碳納米管,，由于擁有較高軸向熱導(dǎo)率，在復(fù)合材料中少量添加就可明顯改善熱導(dǎo)率,。
何強(qiáng)等研究了碳納米管對(duì)Al2O3/硅橡膠導(dǎo)熱復(fù)合材料的增強(qiáng)效果,，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：隨著碳納米管填料的增加，復(fù)合材料導(dǎo)熱性能逐漸增加,，碳納米管的存在有助于填料導(dǎo)熱通路的形成,，使之協(xié)同導(dǎo)熱；原預(yù)想碳納米管在體系中伸展后能形成導(dǎo)熱通路,，可大幅提高導(dǎo)熱效率,，但由于開(kāi)煉共混時(shí)剪斷了長(zhǎng)徑比極高的碳納米管，增益效果未能達(dá)到預(yù)期,。
石墨
石墨是一種層狀非金屬材料,，表面光滑，具有優(yōu)良的潤(rùn)滑性能,，在剝離狀態(tài)下具有較大的形狀因數(shù),。石墨片層比強(qiáng)度（強(qiáng)度/密度比）較高，導(dǎo)電性能和導(dǎo)熱性能優(yōu)異,。且與碳納米管相比,，石墨價(jià)格低廉。
Zhou等采用鱗片石墨填充PA6和PA6//PC體系,，填料質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%后可形成導(dǎo)熱通路使熱導(dǎo)率和電導(dǎo)率快速升高,。
結(jié)語(yǔ)
電子電器、航空航天,、等領(lǐng)域的高速發(fā)展,，對(duì)導(dǎo)熱高分子材料提出了更高的要求,，兼具高熱導(dǎo)率且優(yōu)良綜合性能的導(dǎo)熱高分子材料是未來(lái)新材料領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。
參考資料：
李俊明,、虞鑫海等.導(dǎo)熱填料在絕緣高分子材料中的應(yīng)用
方萬(wàn)漂.聚合物導(dǎo)熱材料用填料及其表面處理的研究進(jìn)展
劉科科,、王濤等.高分子復(fù)合材料用導(dǎo)熱填料研究進(jìn)展
喬琳.導(dǎo)熱填料在橡膠中的應(yīng)用研究進(jìn)展
劉升華、朱金華等.不同形狀填料填充導(dǎo)熱復(fù)合材料的研究進(jìn)展
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