導(dǎo)熱高分子材料的研究與應(yīng)用

李福君(通遼職業(yè)學(xué)院, 內(nèi)蒙古 通遼 028000)

導(dǎo)熱高分子材料的研究與應(yīng)用

李福君(通遼職業(yè)學(xué)院, 內(nèi)蒙古 通遼 028000)

本文以導(dǎo)熱高分子材料為主題展開(kāi)論述，首先對(duì)導(dǎo)熱高分子材料作用原理以及導(dǎo)熱高分子材料的主要類型進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹，然后重點(diǎn)從多個(gè)方面對(duì)提升導(dǎo)熱高分子材料應(yīng)用效果的策略進(jìn)行了探究。

導(dǎo)熱高分子材料；原理；應(yīng)用

通常情況下，不同的物質(zhì)具有不同的導(dǎo)熱性能，傳統(tǒng)的材料科學(xué)研究中，金屬物質(zhì)被認(rèn)為是熱的良導(dǎo)體，而且被廣泛應(yīng)用到現(xiàn)代社會(huì)中。隨著材料科學(xué)的發(fā)展，高分子材料的導(dǎo)熱性逐漸被發(fā)現(xiàn)，研究人員發(fā)現(xiàn)，通過(guò)一定的填充方式所形成的高分子材料會(huì)表現(xiàn)良好的導(dǎo)熱性能，而且一些導(dǎo)熱高分子材料還可以代替金屬的導(dǎo)熱作用，從而被廣泛應(yīng)用。

1 導(dǎo)熱高分子材料的作用原理

不同材料的導(dǎo)熱機(jī)理是不同的，當(dāng)晶體受熱時(shí)，組成晶體的粒子產(chǎn)生熱運(yùn)動(dòng)，從而表現(xiàn)出導(dǎo)熱性能。填充的導(dǎo)熱物質(zhì)以及高分子基體是決定導(dǎo)熱高分子材料自身性能的主要因素。對(duì)于導(dǎo)熱高分子而言，所呈現(xiàn)出的特殊晶體結(jié)構(gòu)，是其導(dǎo)熱性能的重要基礎(chǔ)，如果晶體結(jié)構(gòu)被破壞，則意味著高分子材料的導(dǎo)熱性能不復(fù)存在。在導(dǎo)熱高分子材料中，填充物的導(dǎo)熱性能往往會(huì)明顯高于高分子基體的導(dǎo)熱性能，所以，填充材料是導(dǎo)熱高分子材料必不可少的組成部分。在填充材料的具體使用過(guò)程中，如果物質(zhì)的填充量較少，那么粒子材料之間的空隙會(huì)比較大，空氣的導(dǎo)熱性能遠(yuǎn)低于高分子材料，所以此時(shí)高分子材料的導(dǎo)熱性能相對(duì)較弱。而如果填充材料的數(shù)量較多，則意味著物質(zhì)粒子之間的空隙減小，則很容易形成導(dǎo)熱鏈，此時(shí)高分子材料的導(dǎo)熱性能明顯增強(qiáng)。

2 導(dǎo)熱高分子材料的主要類型

(1)導(dǎo)熱塑料 導(dǎo)熱塑料的制作，需要以樹(shù)脂作為高分子基體，然后再進(jìn)行導(dǎo)熱材料的填充。通常情況下，絕緣導(dǎo)熱塑料的填充物包括金屬氧化物、金屬氮化物以及碳硼化合物等。在長(zhǎng)期的實(shí)驗(yàn)探究中，科研人員發(fā)現(xiàn)，如果以樹(shù)脂作為高分子基體，而將金屬化合物作為填充材料，如氧化鋁、硅酸鋁，所制成的導(dǎo)熱高分子材料具有良好的導(dǎo)熱性能，而且導(dǎo)熱高分子材料的導(dǎo)熱性能會(huì)隨著硅酸鋁和氧化鋁數(shù)量的增加而增加，而且當(dāng)這兩種化合填充物的比例達(dá)到35%時(shí)，高分子塑料的導(dǎo)熱性能最佳。如果將金屬粉末、石墨和碳纖維作為填充物與聚乙烯和聚丙烯混合形成高分子導(dǎo)熱塑料，那么其導(dǎo)熱性能則會(huì)得到顯著提高，因?yàn)樗纬傻母叻肿踊w中，石墨以及碳纖維的結(jié)構(gòu)分布比較理想。

(2)導(dǎo)熱橡膠 通常情況下，可以將導(dǎo)熱橡膠分為填充型和結(jié)構(gòu)型兩種，而且目前填充型導(dǎo)熱橡膠材料的研究比較受社會(huì)關(guān)注。將氧化鋁填充到丁苯橡膠中所形成的導(dǎo)熱橡膠，具有良好的導(dǎo)熱性能，目前針對(duì)這一類型導(dǎo)熱橡膠的研究也比較多。

(3)導(dǎo)熱膠粘劑 作為導(dǎo)熱高分子材料的一種，可以將導(dǎo)熱膠黏劑進(jìn)一步分成絕緣導(dǎo)熱膠黏劑和非絕緣導(dǎo)熱膠黏劑，研究人員表明，在導(dǎo)熱膠黏劑制作過(guò)程中，如果將導(dǎo)熱填充物進(jìn)行固化，則可以明顯提升導(dǎo)熱高分子材料的導(dǎo)熱性能。如果將碳纖維作為填充物添加到粘接劑中，則可以明顯提高粘接劑的導(dǎo)熱性能，在現(xiàn)實(shí)社會(huì)中，這一類粘接劑主要被用于散熱板以及半導(dǎo)體封裝材料中。

3 進(jìn)一步提高導(dǎo)熱高分子材料應(yīng)用效果的策略

(1)選擇合適的基體材料 基體材料會(huì)對(duì)高分子材料的導(dǎo)熱性能產(chǎn)生很大的影響，所以，為了不斷提升導(dǎo)熱高分子材料的應(yīng)用效果，首先應(yīng)該選擇合適的基體材料。這是因?yàn)楦叻肿硬牧匣w自身就具有良好的導(dǎo)熱性能，而且此類高分子材料的加工相對(duì)簡(jiǎn)易。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的研究和實(shí)踐應(yīng)用，在高分子基體材料選擇過(guò)程中，應(yīng)該盡可能選擇塑料、橡膠、膠黏劑等物質(zhì)，如硅橡膠、硅膠膠黏劑等，在填充物的選擇過(guò)程中，應(yīng)該盡可能以金屬氧化為目標(biāo)物質(zhì)。

(2)完善填充材料表面的預(yù)處理 對(duì)于導(dǎo)熱高分子材料而言，進(jìn)行填充材料表面預(yù)處理的主要目的是提高材料的細(xì)微化水平，所以，在導(dǎo)熱高分子材料的應(yīng)用過(guò)程中，必須完善填充材料表面的預(yù)處理工作，在預(yù)處理過(guò)程中，可以使用偶聯(lián)劑、表面處理劑等，這樣可以有效提升高分子基體與導(dǎo)熱填充材料的融合性，從而有效提升導(dǎo)熱高分子材料的導(dǎo)熱性能。例如，在高分子材料制作過(guò)程中，鋁粉作為導(dǎo)熱填充材料，樹(shù)脂作為高分子基體，而在填充之前，可以使用甲醛對(duì)填充物進(jìn)行表面預(yù)處理，預(yù)處理工作結(jié)束之后，所使用的填充物與樹(shù)脂高分子基體的相容性明顯增加，然后使用偶聯(lián)劑進(jìn)行表面處理，最終導(dǎo)熱高分子材料的導(dǎo)熱性能會(huì)提升10%左右。

(3)工藝條件的選擇與優(yōu)化 研究表明，導(dǎo)熱高分子材料的填充物質(zhì)與高分子基體之間的結(jié)合方式以及在填充過(guò)程中所使用的助燃劑順序都會(huì)對(duì)最終高分子材料導(dǎo)熱性能產(chǎn)生影響，所以，為了提高導(dǎo)熱高分子材料的應(yīng)用效果，有必要進(jìn)行工藝條件的選擇和優(yōu)化。在導(dǎo)熱高分子材料的填充過(guò)程中，如果填充物質(zhì)的粒徑不同，則會(huì)促使填充材料最大程度的堆積，從而有效提高導(dǎo)熱高分子材料的導(dǎo)熱性能。另外，高分子材料生成過(guò)程中，填充材料的搭配方式也會(huì)對(duì)最終導(dǎo)熱高分子材料的導(dǎo)熱性能產(chǎn)生影響，當(dāng)填充材料以合適的粒徑進(jìn)行分布時(shí)，基體材料的導(dǎo)熱性能會(huì)有所提高，同時(shí)還會(huì)降低基體材料的黏度。為了進(jìn)一步提升導(dǎo)熱高分子材料的導(dǎo)熱性能，可以對(duì)導(dǎo)熱高分子材料制作過(guò)程中的溫度、壓力等因素進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂疲驗(yàn)?，這些因素的變化會(huì)使高分子材料的導(dǎo)熱性能發(fā)生相應(yīng)的變化，例如在加壓的情況下，硫化導(dǎo)熱硅橡膠的導(dǎo)熱性能會(huì)明顯提升。

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李福君(1969- )，女，內(nèi)蒙古人，高級(jí)工程師，學(xué)士學(xué)位，主要研究方向 ：化學(xué)工程、分析化學(xué)。