楊海民，張翼翔，鄭潤(rùn)金

(廣東聚石化學(xué)股份有限公司，廣東清遠(yuǎn) 511500)

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導(dǎo)熱塑料研究進(jìn)展

楊海民，張翼翔，鄭潤(rùn)金

(廣東聚石化學(xué)股份有限公司，廣東清遠(yuǎn) 511500)

摘要：綜述了填充型導(dǎo)熱塑料的導(dǎo)熱機(jī)理、導(dǎo)熱塑料的應(yīng)用、近幾年的研究進(jìn)展以及影響導(dǎo)熱性能的因素，最后提出了導(dǎo)熱塑料產(chǎn)品開(kāi)發(fā)應(yīng)用上的不足。

關(guān)鍵詞：導(dǎo)熱塑料，導(dǎo)熱填料，導(dǎo)熱機(jī)理，研究進(jìn)展

近些年來(lái)，隨著工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)導(dǎo)熱材料提出了新的要求，希望其具有優(yōu)良的綜合性能，這使得人們不僅關(guān)注導(dǎo)熱性能，對(duì)其加工性、力學(xué)性能尤其是成型制品的韌性也漸漸引起重視。導(dǎo)熱系數(shù)是導(dǎo)熱塑料材料一種重要性能指標(biāo)。一般來(lái)說(shuō)，純塑料材料的導(dǎo)熱系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及金屬、陶瓷材料，但是它的絕緣性能好。導(dǎo)熱塑料不僅具有金屬和陶瓷的熱傳遞性能，同時(shí)還保留了普通塑料在設(shè)計(jì)、性能和成本方面的優(yōu)點(diǎn)，具有散熱均勻、重量輕、多種基礎(chǔ)樹(shù)脂的選擇、成型加工方便、熱膨脹系數(shù)低、成型收縮率低、工作溫度低和提高設(shè)計(jì)自由度特點(diǎn)，被廣泛用于各行各業(yè)中。

1填充型導(dǎo)熱塑料的導(dǎo)熱機(jī)理

傳統(tǒng)的導(dǎo)熱物質(zhì)多為金屬如Ag、Cu、Al和金屬氧化物如Al2O3、MgO、BeO以及其它非金屬材料如石墨、炭黑、Si3N4、AlN等。一般高分子材料本身的導(dǎo)熱性能很差，是熱的不良導(dǎo)體，只有通過(guò)填充高導(dǎo)熱性的填料增加材料的熱導(dǎo)率。填料自身的導(dǎo)熱性能及其在高分子基體中的分布形式?jīng)Q定了整個(gè)材料的導(dǎo)熱性能[1]。導(dǎo)熱高分子復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)取決于高分子和導(dǎo)熱填料的協(xié)同作用，當(dāng)加入的填料量較少時(shí)，填料在高分子基體中的分布近似以孤島形式出現(xiàn)，聚合物為連續(xù)相，填料為分散相，填料被聚合物基體所包覆，類(lèi)似于聚合物共混體系中的“海-島兩相體系”結(jié)構(gòu)。當(dāng)填料的添加量達(dá)到某一臨界值以上時(shí)，部分填料或填料聚集體會(huì)相互接觸，在復(fù)合材料中形成局部的導(dǎo)熱鏈或?qū)峋W(wǎng)，若再增加填料量，導(dǎo)熱鏈或?qū)峋W(wǎng)會(huì)相互聯(lián)結(jié)和貫穿，在聚合物基體中形成貫穿整個(gè)材料的導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)，這樣填料聚集體導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)與聚合物基體會(huì)形成相互貫穿的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，當(dāng)這些導(dǎo)熱網(wǎng)鏈的取向方向與熱流方向平行時(shí)，就會(huì)在很大的程度上提高體系的導(dǎo)熱性[2]。如何利用各種手段以使體系中的導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)最大程度上形成而達(dá)到有效地?zé)醾鲗?dǎo)是必須考慮的關(guān)鍵問(wèn)題。

2導(dǎo)熱塑料的應(yīng)用

2.1　電子技術(shù)領(lǐng)域

在電子技術(shù)領(lǐng)域，由于電子線路的集成度越來(lái)越高，熱量的聚積越來(lái)越多。熱量的集聚導(dǎo)致器件溫度升高，工作穩(wěn)定性降低。根據(jù)Arhelmins公式，溫度每升高10℃，處理器壽命降低一半。因此，用于處理器的材料要求具有高導(dǎo)熱性能，以便熱量迅速傳導(dǎo)出，達(dá)到降溫目的。對(duì)于高集成度芯片，其設(shè)計(jì)熱能是如此之高以致于普通散熱裝置難以保證有效散熱，對(duì)于需要導(dǎo)熱的器件多是通過(guò)高導(dǎo)熱陶瓷，如氮化鋁、氮化硼等承擔(dān)。由于陶瓷產(chǎn)品的加工難度高，易破裂，人們開(kāi)始尋求由容易加工、耐沖擊的塑料來(lái)制備導(dǎo)熱材料[3]。隨著電子電器產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，比如電路板材料、散熱器件(如CPU散熱器)、CPU風(fēng)扇、電子隔離板、半導(dǎo)體設(shè)備外殼、移動(dòng)通信設(shè)備的外殼都要求有較好的導(dǎo)熱性，加工容易，成本低。

2.2　代替金屬和金屬合金制造熱交換器

導(dǎo)熱塑料可以代替金屬應(yīng)用于需要良好導(dǎo)熱性和優(yōu)良耐腐蝕性的環(huán)境，如換熱器、太陽(yáng)能熱水器、蓄電池的冷卻器、化工生產(chǎn)和廢水處理中使用的熱交換器材料等[1]，不僅要有較高導(dǎo)熱能力，還需耐高溫和優(yōu)異的耐化學(xué)腐蝕性，相對(duì)于金屬或金屬合金，塑料有更優(yōu)良的耐化學(xué)腐蝕性。

2.3　LED燈罩

LED燈罩材料必須具有較高的散熱能力，有效耗散LED燈所產(chǎn)生的熱量，并保持較低的LED結(jié)溫。如果熱量不能及時(shí)耗散，將會(huì)影響LED燈的功效及使用壽命。一旦LED的結(jié)溫超過(guò)器件所能承受的最高臨界溫度時(shí)，LED的光輸出特性將會(huì)永久性的衰減。傳統(tǒng)的LED燈罩都是鋁合金，然而新興的導(dǎo)熱塑料與鋁合金相比有很多優(yōu)點(diǎn)：

(1)質(zhì)量輕。(2)更加環(huán)保，在塑料外殼的生產(chǎn)過(guò)程中，幾乎不會(huì)產(chǎn)生什么有毒污染，而鋁殼在生產(chǎn)中有電鍍的工序，產(chǎn)生的廢液中的金屬會(huì)對(duì)水源和土壤造成嚴(yán)重的污染。 (3)提高設(shè)計(jì)自由度，塑料的流動(dòng)性很好，可以生產(chǎn)很薄的部件，以及設(shè)計(jì)更加復(fù)雜的形狀。鋁殼的主要生產(chǎn)方法是壓鑄或拉伸成型，無(wú)法進(jìn)行較復(fù)雜形狀的加工。(4)加工方便，效率更高，導(dǎo)熱塑料可以一次成型，無(wú)需后加工，在注塑成型時(shí)模具可設(shè)計(jì)為一出四，所以工作效率很高。鋁材料在擠出成型后往往還要有去毛邊或鍍鎳等工序，加工周期長(zhǎng)。(5)降低制造成本，就單價(jià)來(lái)說(shuō)，單位質(zhì)量的導(dǎo)熱塑料價(jià)格必然是高于鋁的，但整個(gè)制造過(guò)程成本卻持平或較低，且數(shù)量越大，塑料的成本優(yōu)勢(shì)越明顯。塑料降低成本主要體現(xiàn)在加工費(fèi)用方面。

3導(dǎo)熱塑料研究進(jìn)展

近幾年國(guó)內(nèi)導(dǎo)熱塑料的研究較多，主要的導(dǎo)熱基材集中在PE、PP、PPS、PA，導(dǎo)熱填料多為石墨、MgO、Al2O3，AlN等。覃碧勛、唐敬海等[4]采用在聚苯硫醚(PPS)/MgO體系中填充玻璃纖維，制備了GF增強(qiáng)PPS/MgO絕緣導(dǎo)熱復(fù)合材料，在保持一定導(dǎo)熱性能的前提下，提高了材料的物理、力學(xué)性能，材料的熱導(dǎo)率隨MgO含量的增加而增大，GF替代部分MgO后，導(dǎo)熱性能有所降低，但拉伸強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度等力學(xué)性能得到提高，MgO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%、GF的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%時(shí)，熱導(dǎo)率達(dá)到1.3W/(m·K)，材料的綜合性能較好，可滿足一般絕緣導(dǎo)熱復(fù)合材料的性能要求。

李麗[5]等以聚碳酸酯(PC)、聚碳酸酯和ABS合金(PC/ABS)為基體，以氧化鋁(Al2O3)、碳化硅(SiC)、氧化鉍(BiO)等作為導(dǎo)熱填料，研究了填料種類(lèi)、形狀、填充量對(duì)復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能和力學(xué)性能的影響，填充后的PC和PC/ABS的導(dǎo)熱系數(shù)都有很大提高，其中PC的導(dǎo)熱系數(shù)從0.2到0.528，提高1.5～2.6倍，PC/ABS的導(dǎo)熱系數(shù)從0.2到1.226提高3～6倍。導(dǎo)熱系數(shù)最大的是質(zhì)量分?jǐn)?shù)30% BiO、SiC單獨(dú)填充PC/ABS，導(dǎo)熱系數(shù)分別為1.226W/(m·K)、1.099W/(m·K)。隨著填充量的增加導(dǎo)熱系數(shù)上升，其中以BiO單組分填充PC/ABS合金復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能最好，SiC次之，導(dǎo)熱系數(shù)不同的兩組分無(wú)機(jī)粒子混合填充，導(dǎo)熱系數(shù)介于相同填充量的單組分無(wú)機(jī)粒子填充復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)之間。在混雜粒子中，BiO/Al2O3組合的力學(xué)性能高于SiC/Al2O3組合的力學(xué)性能，填充量小于50%填料，未形成有效的連續(xù)導(dǎo)熱網(wǎng)鏈，具有一定長(zhǎng)徑比的填料，有點(diǎn)接觸網(wǎng)形成，可以提高材料的導(dǎo)熱性能和力學(xué)性能。

李衛(wèi)[6]等通過(guò)雙螺桿擠出機(jī)制備了聚苯硫醚/氮化鋁/氧化鎂(PPS/AlN/MgO)導(dǎo)熱復(fù)合材料，并對(duì)其性能進(jìn)行了研究，結(jié)果表明復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)隨AlN和MgO加入量的增加而提高，小粒徑AlN和大粒徑MgO復(fù)配使用對(duì)導(dǎo)熱性能有積極影響，而對(duì)機(jī)械性能沒(méi)有改善效果，經(jīng)過(guò)導(dǎo)熱填料的復(fù)配填充以后，復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)隨著MgO/AlN比例的增大先增大后減小，MgO/AlN質(zhì)量比為30/40時(shí)達(dá)到2.66W/(m·K)。

康學(xué)勤[7]等制備了硅酸鋁纖維，氧化鋁纖維填充聚乙烯(PE)復(fù)合材料和硅酸鋁纖維，氧化鋁纖維填充聚丙烯(PP)復(fù)合材料，用穩(wěn)態(tài)法考察了纖維用量對(duì)復(fù)合材料導(dǎo)熱性能的影響。結(jié)果表明：硅酸鋁纖維和氧化鋁纖維填充PP、PE復(fù)合材料的熱導(dǎo)率基本隨纖維用量的增加而增加，在某些用量時(shí)稍有波動(dòng)，纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)為35%的試樣導(dǎo)熱效果最好。

魏伯榮、宮大軍等[8]對(duì)Al2O3、MgO/Al2O3、Al2O3/石墨混合填充高密度聚乙烯(HDPE)的導(dǎo)熱性能、絕緣性能以及力學(xué)性能進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，在相同配比的情況下，導(dǎo)熱性能：Al2O3/石墨/HDPE>Al2O3/MgO/HDPE>Al2O3/HDPE；絕緣性能：Al2O3/石墨/HDPE

甘典松[9]等通過(guò)使用高流動(dòng)PA6/PA66/球形Al2O3制備了高填充的導(dǎo)熱尼龍材料，結(jié)果表明，高流動(dòng)性尼龍6基體因其優(yōu)異的流動(dòng)性，能有效地促進(jìn)導(dǎo)熱填料的分散并提高填料含量，相比常規(guī)尼龍基材，其填料質(zhì)量分?jǐn)?shù)提高近30%，最高填充量可達(dá)到85%，從而有利于導(dǎo)熱網(wǎng)鏈的形成，促進(jìn)復(fù)合材料導(dǎo)熱系數(shù)的提高，其材料水平方向?qū)嵯禂?shù)達(dá)到2.35W/(m·K)，復(fù)合材料展現(xiàn)出較好的綜合力學(xué)性能。

杜思瑩[10]等研究了PP/鱗片石墨/Al2O3不同比例共混導(dǎo)熱、力學(xué)、耐熱性能的影響。結(jié)果表明，隨著石墨含量的增加，導(dǎo)熱復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度均呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，而斷裂伸長(zhǎng)率、沖擊強(qiáng)度逐漸減小，彎曲彈性模量逐漸增大，加工流動(dòng)性能變差。當(dāng)石墨質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%時(shí)，導(dǎo)熱復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度有最大值，分別為32.76MPa、46.88MPa，抵抗熱變形能力和熱穩(wěn)定性能逐漸提高，熱導(dǎo)率逐漸增大。當(dāng)石墨質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%時(shí)，維卡軟化溫度提高7.2℃，負(fù)載變形溫度提高38.6℃，最大分解速率溫度提高13.7℃，熱導(dǎo)率是未填充石墨的6.6倍、純PP的7.9倍，制備的導(dǎo)熱復(fù)合材料具有優(yōu)異的力學(xué)、耐熱、導(dǎo)熱性能。

唐昌偉[11]等以聚酰胺6(PA6)為基體，以氮化硼(BN)、氧化鎂(MgO)為導(dǎo)熱填料制備了PA6/MgO/BN導(dǎo)熱復(fù)合材料。固定填料含量為50%不變，考察MgO/BN配比的變化對(duì)復(fù)合材料熱導(dǎo)率、力學(xué)性能和熔體流動(dòng)性的影響。結(jié)果表明，材料的熱導(dǎo)率、拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度隨著MgO/BN配比的增大而減小，沖擊強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率隨著MgO/BN配比的增大而增大，材料熔體流動(dòng)性則呈現(xiàn)了隨MgO/BN配比的增大先增大后減小的趨勢(shì)。當(dāng)MgO含量為50%時(shí)復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)為1.36W/(m·K)。

近年來(lái)石墨烯材料成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)，石墨烯(Graphene)是一種由碳原子以 sp2雜化軌道組成六角形呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一個(gè)碳原子厚度的二維材料，石墨烯具有超高的導(dǎo)熱系數(shù)和優(yōu)異的機(jī)械性能[12-13]，汪文[14]等通過(guò)熔融共混法制備了兩種不同型號(hào)石墨烯微片(GNPs)填加的(GNPs)/聚丙烯(PP)導(dǎo)熱復(fù)合材料，研究了GNPs型號(hào)(KNG180，KNG150)和含量對(duì)其導(dǎo)熱性能、密度、結(jié)晶性能和熱穩(wěn)定性能的影響。結(jié)果表明，KNG180 GNPs/PP復(fù)合材料密度高于KNG150 GNPs/PP，同時(shí)KNG180對(duì)提高聚丙烯結(jié)晶度的效果優(yōu)于KNG150。隨著石墨烯微片含量的增加，兩種復(fù)合材料導(dǎo)熱系數(shù)均明顯增大，而且KNG180填充的復(fù)合材料導(dǎo)熱性能明顯優(yōu)于KNG150；當(dāng)KNG180的添加量為60%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))時(shí)，GNPs/PP復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)從純聚丙烯的0.087W/(m·K)提高到1.32W/(m·K)，提高了14倍多。石墨烯微片的加入顯著提高了聚丙烯的熱穩(wěn)定性，當(dāng)KNG180或KNG150的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%時(shí)，聚丙烯達(dá)到最大熱失重速率時(shí)的溫度從345.1℃分別提高到374.6℃和397.9℃，但是當(dāng)石墨烯微片超過(guò)一定含量時(shí)，熱穩(wěn)定性會(huì)下降。

4影響導(dǎo)熱性能的因素

4.1　基體樹(shù)脂

基體樹(shù)脂結(jié)構(gòu)規(guī)整、結(jié)晶度高，導(dǎo)熱系數(shù)較高。這是因?yàn)?，在晶區(qū)內(nèi)分子鏈的排列結(jié)構(gòu)具有長(zhǎng)程有序，從而格波在晶區(qū)內(nèi)部傳播過(guò)程中，聲子間碰撞幾率較小，相應(yīng)的聲子平均自由程較大，故晶區(qū)部分的熱導(dǎo)率較高。而在非晶區(qū)內(nèi)，由于分子鏈排列雜亂無(wú)章，聲子受到的散射嚴(yán)重，相應(yīng)的聲子平均自由程較小，從而非晶區(qū)部分的熱導(dǎo)率較低[15]。

4.2　導(dǎo)熱復(fù)合材料的制備方法

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，共混物的制備方法即分散狀態(tài)對(duì)復(fù)合材料導(dǎo)熱系數(shù)影響很大，導(dǎo)熱系數(shù)增高的順序?yàn)椋喝廴诨旌?雙輥混煉≈溶液混合<粉末混合。非常清楚，導(dǎo)熱鏈越易形成，導(dǎo)熱系數(shù)越高，導(dǎo)熱鏈形成的難易程度大大影響復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能。

4.3　導(dǎo)熱填料

4.3.1導(dǎo)熱填料的種類(lèi)

導(dǎo)熱填料分為非絕緣型和絕緣型，用于非絕緣型導(dǎo)熱塑料的填料常常是金屬粉、石墨、炭黑、碳纖維等，這類(lèi)填料的特點(diǎn)是具有很好的導(dǎo)熱性，能夠容易地使材料得到高的導(dǎo)熱性能，但是同時(shí)也使得材料的絕緣性能下降甚至成為導(dǎo)電材料。李侃社[16]等選用電導(dǎo)率、熱導(dǎo)率均較高的石墨(普通鱗片石墨、可膨脹石墨、膨脹石墨)對(duì)低密度聚乙烯(LDPE)進(jìn)行填充改性，采用鈦酸酯偶聯(lián)劑NDZ101對(duì)石墨進(jìn)行表面處理，制備出力學(xué)性能、導(dǎo)電、導(dǎo)熱等綜合性能優(yōu)良的LDPE/石墨復(fù)合材料。實(shí)驗(yàn)表明：石墨的填充大大改善了LDPE的導(dǎo)電、導(dǎo)熱和耐熱性能，當(dāng)石墨質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到20%時(shí)，可膨脹石墨/LDPE的電導(dǎo)率達(dá)到1191×10-7S/m，拉伸強(qiáng)度較LDPE有小幅提高，可作為導(dǎo)熱抗靜電材料推廣應(yīng)用。

用于絕緣型導(dǎo)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等，它們也有不錯(cuò)的導(dǎo)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(guān)重要的。陳元武[17]等模擬了三氧化二鋁(Al2O3)填充聚苯硫醚(PPS)兩相復(fù)合材料逾滲結(jié)構(gòu)以及Al2O3填充PPS合金三相復(fù)合材料雙逾滲結(jié)構(gòu)，并將得到的理論導(dǎo)熱率與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，分析了填料分布情況對(duì)材料熱導(dǎo)率的影響。模擬結(jié)果表明：只有當(dāng)導(dǎo)熱填料含量超過(guò)逾滲閾值，其導(dǎo)熱性能才能有明顯的提高，雙重逾滲結(jié)構(gòu)的形成，能有效降低逾滲閾值。SEM分析表明，選用不同的合金組分，由于相容性的差異和黏度的差異，填料在PPS合金中的分布情況也有不同，熱導(dǎo)率也有較大的差異。對(duì)于不相容體系，填料優(yōu)先分布在低黏度，極性較強(qiáng)的組分中，在所述配方PPS/UHMWPE/Al2O3(質(zhì)量比為35 ∶15 ∶50)中，由于UHMWPE與PPS相容性較差復(fù)合體系熱導(dǎo)率最高可達(dá)1.592W/(m·K)，而同質(zhì)量配比的PPS/PS/Al2O3復(fù)合體系的最低，只有0.64W/(m·K)；劉運(yùn)春[18]等以微米級(jí)三氧化二鋁(Al2O3)為導(dǎo)熱填料，制備了聚苯硫醚(PPS)/Al2O3導(dǎo)熱復(fù)合材料，材料的熱導(dǎo)率隨著Al2O3含量的增加而增大，當(dāng)Al2O3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為70%時(shí)，復(fù)合材料的熱導(dǎo)率達(dá)到2.392W/(m·K)，經(jīng)應(yīng)用研究表明，PPS/改性Al2O3質(zhì)量比為40/60的導(dǎo)熱復(fù)合材料完全可滿足發(fā)動(dòng)機(jī)零部件、高耐熱電子元器件對(duì)材料導(dǎo)熱與力學(xué)性能的要求。

表1　一些金屬和金屬氧化物的導(dǎo)熱系數(shù)[19-21]

4.3.2導(dǎo)熱填料的形狀、粒徑

填料的形狀直接接影響其在塑料材料中的分布及導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)的形成。分散于聚合物中的導(dǎo)熱填料有粒狀、片狀、纖維狀等形狀。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明其導(dǎo)熱效果以晶須最好，纖維次之，粉體最差，導(dǎo)熱填料經(jīng)過(guò)超細(xì)微化處理可以有效提高其自身的導(dǎo)熱性能，同時(shí)使用一系列粒徑不同的粒子，讓填料間形成最大的堆砌度，可以提高復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能。李光吉[22]等以聚丙烯(PP)為基體、四針狀氧化鋅晶須(T-ZnOw)和氧化鎂(MgO)為導(dǎo)熱填料，通過(guò)雙螺桿擠出機(jī)制備了PP/T-ZnOw/MgO導(dǎo)熱絕緣復(fù)合材料，在T-ZnOw用量為10%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，MgO用量在0～60%的范圍內(nèi)，考察了MgO用量對(duì)復(fù)合材料的熱導(dǎo)率、力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明，隨著MgO用量的增加，PP/T-ZnOw/MgO 復(fù)合材料的熱導(dǎo)率增大，材料的拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度均隨著MgO用量的增加而下降，而沖擊強(qiáng)度則呈先保持穩(wěn)定、然后減小的趨勢(shì)，這一變化趨勢(shì)在MgO用量30%時(shí)較為顯著。當(dāng)MgO用量為60%時(shí)，PP/T-ZnOw/MgO復(fù)合材料的熱導(dǎo)率最大，達(dá)到0.7563W/(m·K)，比未加MgO時(shí)的PP/T-ZnOw復(fù)合材料和純PP的分別提高了108.0%和210.0%。

4.3.3填料比例

當(dāng)導(dǎo)熱填料的填充量很小時(shí)，導(dǎo)熱填料之間不能形成真正的接觸和相互作用，對(duì)高分子材料導(dǎo)熱性能的提高幾乎沒(méi)有作用。只有在高分子基體中，導(dǎo)熱填料的填充量達(dá)到某一臨界值時(shí)，導(dǎo)熱填料之間才有真正意義上的相互作用，體系中才能形成類(lèi)似網(wǎng)狀或鏈狀的導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)。林曉丹、曾幸榮[23]等通過(guò)聚苯硫醚(PPS)與大顆粒氧化鎂(40～325目)混合經(jīng)雙螺桿擠出機(jī)擠出造粒制備了導(dǎo)熱絕緣塑料，研究了導(dǎo)熱性能與氧化鎂填充量的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)熱導(dǎo)率隨氧化鎂的填充量的增加而增加，在添加70%氧化鎂時(shí)熱導(dǎo)率達(dá)到1.6W/(m·K)，此樣品可注射成型，機(jī)械性能偏低。

4.3.4填料粒子表面改性處理

樹(shù)脂和導(dǎo)熱填料界面對(duì)塑料導(dǎo)熱性能有重要影響，所以導(dǎo)熱填料表面的潤(rùn)濕程度影響著導(dǎo)熱填料在基體中的分散情況，基體與填料粒子的粘結(jié)程度及二者界面的熱障。填料的加入量等直接影響著塑料導(dǎo)熱性，故需對(duì)填料粒子進(jìn)行必要的表面改性處理。例如，用偶聯(lián)劑A1100對(duì)MgO粒子進(jìn)行表面處理后，將20份PA和80份MgO經(jīng)共混、造粒、注射，制得的制品導(dǎo)熱系數(shù)由原來(lái)的1.16W/(m·K)提高到2.1W/(m·K)。

5導(dǎo)熱塑料產(chǎn)品開(kāi)發(fā)應(yīng)用上的不足

導(dǎo)熱塑料產(chǎn)品開(kāi)發(fā)是高分子材料研究的重要內(nèi)容之一，近些年以來(lái)導(dǎo)熱塑料的研究有了很多新進(jìn)展。但是，導(dǎo)熱塑料材料的研究?jī)H局限于簡(jiǎn)單的共混復(fù)合，所得材料的導(dǎo)熱系數(shù)還不高，高導(dǎo)熱聚合物本體材料和復(fù)合材料在導(dǎo)熱機(jī)理(特別是聚合物基體與導(dǎo)熱填料界面的結(jié)構(gòu)與性能對(duì)材料導(dǎo)熱性能的影響及導(dǎo)熱通路的形成等)、應(yīng)用開(kāi)發(fā)(實(shí)際產(chǎn)品加工應(yīng)用、力學(xué)性能等)方面的研究還不夠深入，導(dǎo)熱高分子材料研究必將為高技術(shù)的發(fā)展奠定重要基礎(chǔ)。

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The Progress in the Study of Conductive Plastics

YANG Hai-min，ZHANG Yi-xiang，ZHENG Run-jin

(Guangdong Polyrocks Incorporated Company，Qingyuan 511500，Guangdong，China)

Abstract：This article reviews thermal conduction mechanism of filled conductive plastics，the application and the recent research development of conductive plastics，and the influence factors of thermal conductivity.And finally，the article points out the dificiency of conductive plastics in the research and application field.

Key words：conductive plastics，conductive filling material，thermal conduction mechanism，research development

中圖分類(lèi)號(hào)：TQ 322.2