導(dǎo)熱高分子復(fù)合材料有導(dǎo)熱塑料、導(dǎo)熱橡膠、導(dǎo)熱膠粘劑等，作為當(dāng)今重要的熱管理材料，在變壓器電感、電子元器件散熱、特種電纜、電子封裝、導(dǎo)熱灌封等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。然而，事實(shí)上，一般純的高分子材料都是熱的不良導(dǎo)體，其導(dǎo)熱系數(shù)一般都低于 0.5 W/(mK)，那么，高分子材料是如何實(shí)現(xiàn)導(dǎo)熱性能的呢？下面我們就來(lái)一起了解一下。

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1、高分子材料的導(dǎo)熱方法

對(duì)于導(dǎo)熱高分子材料來(lái)說(shuō)，提升材料的導(dǎo)熱性能是關(guān)鍵。改善高分子材料的導(dǎo)熱性能的方法有兩種：

1）本征型導(dǎo)熱材料

即改變高分子本身的鏈節(jié)結(jié)構(gòu)獲得特殊物理結(jié)構(gòu)，提高導(dǎo)熱性能；但由于制備工藝復(fù)雜、難度大、成本高，并不常用。

2）導(dǎo)熱填料填充改性復(fù)合材料

采用高熱導(dǎo)率的填料粒子對(duì)聚合物進(jìn)行填充，制備填充型導(dǎo)熱復(fù)合材料，是現(xiàn)今采用最廣泛的制備導(dǎo)熱高分子復(fù)合材料的方法。

由于高分子材料基體的導(dǎo)熱性能普遍較差，復(fù)合材料的熱導(dǎo)率主要取決于填料的熱導(dǎo)率及其在復(fù)合材料中的作用。因此，填料是影響復(fù)合材料熱導(dǎo)率的關(guān)鍵因素。

2、導(dǎo)熱填料的種類(lèi)

導(dǎo)熱填料主要分為兩種：導(dǎo)熱絕緣填料和導(dǎo)熱非絕緣填料。

1）導(dǎo)熱絕緣填料

• 主要用于電子元器件的封裝材料等對(duì)電絕緣性能有較高要求的場(chǎng)合
• 導(dǎo)熱絕緣填料有金屬氧化物、金屬氮化物等，如氮化硼、氮化鋁、氧化鋁、金剛石、碳化硅等；

2）導(dǎo)熱非絕緣填料

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• 主要用于對(duì)絕緣性要求較低的場(chǎng)合
• 導(dǎo)熱非絕緣填料主要有金屬填料和碳基填料兩種。金屬填料有銀、銅、鋁、鎂、鎳等，碳基填料有石墨烯、碳納米管、碳纖維、石墨、炭黑等。

3、填料對(duì)材料導(dǎo)熱性能的影響

在導(dǎo)熱填料填充改性復(fù)合材料中，填料的種類(lèi)、含量、尺寸分布、形狀、表面處理等因素對(duì)于材料的導(dǎo)熱性能都有重大影響。

1）填料種類(lèi)

填料的導(dǎo)熱系數(shù)影響復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能。

2）填料含量

如下圖所示，在導(dǎo)熱復(fù)合材料中，熱的傳導(dǎo)主要通過(guò)導(dǎo)熱粒子之間的接觸來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此，導(dǎo)熱粒子的添加量越高，接觸點(diǎn)越多，散熱路徑也就越多，導(dǎo)熱率越高。但填料過(guò)量會(huì)影響材料的機(jī)械性能。

圖源：積水化學(xué)

3）填料尺寸分布

填料的尺寸分布對(duì)復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能有一定的影響。大小顆粒混合堆積，使得填料之間可以形成更多的有效接觸，導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)更密集，有效提高材料的導(dǎo)熱性能。

圖源：積水化學(xué)

4）填料形狀

填料形狀對(duì)其在基體中的分布以及復(fù)合材料的熱學(xué)性能和力學(xué)性能都具有一定的影響。填料的形態(tài)有粒狀、片狀、纖維狀等。選擇不同尺寸和形狀的填料進(jìn)行混合填充，可以最大程度地形成散熱路徑，從而提高材料的熱導(dǎo)率。

圖? 不同形狀填料混合

5）填料表面處理

無(wú)機(jī)填料粒子一般和有機(jī)高分子材料基體之間的界面相容性差，填料粒子在基體中容易團(tuán)聚，難以形成均勻分散，表面張力差使得粒子表面較難被基體潤(rùn)濕，兩者之間存在空隙，增加界面熱阻，因此一般需要對(duì)填料進(jìn)行表面處理改善導(dǎo)熱性能。

由此可見(jiàn)，導(dǎo)熱高分子復(fù)合材料的制備并不是簡(jiǎn)單的共混，而是需要探索新的導(dǎo)熱理論模型、不同填料復(fù)配以及合理的填料表面處理。

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