绥化蟹贤科技有限公司

????????前言本文以導熱填料為主線(xiàn)，對金屬、金屬氧化物、氮化物、碳材料等功能填料改善塑料導熱性能的研究狀況進(jìn)行綜述。此外，還介紹了填充復合型導熱塑料在LED 燈、管材和換熱器等領(lǐng)域的應用進(jìn)展。

????????填料種類(lèi)

????????1、金屬

????????金屬是熱的良導體，主要依靠自由電子實(shí)現熱傳導，其聲振效應所引起的熱傳導可忽略。

????????少量金屬加入基體中，便可大幅度提高復合材料的導熱和導電性能，在非絕緣場(chǎng)合占據重要位置。

????????2、金屬氧化物

????????金屬氧化物絕大多數為絕緣體，主要是靠聲子導熱機理實(shí)現熱傳導。與金屬相比，其氧化物熱導率雖然不高，但價(jià)格十分低廉，大量填充到聚合物中也可以達到理想的導熱效果。

????????常用的金屬氧化物填料：

?????????? Al2O3： 一種很常用的導熱填料，相對于聚合物材料具有較高的熱導率，較好的介電性能和相對低廉的價(jià)格。

?????????? MgO：相對于A(yíng)l2O3，MgO在空氣中易吸潮，增黏性較強，不能大量填充，且耐酸性差，很容易被酸腐蝕，因此限制了其在酸性環(huán)境中的應用。但是，采用與熱導率較高的氮化物復配的方式，少量填充MgO，可以降低復合材料的成本。

????????在高粉體填充時(shí)，熔體黏度增大，加工較困難，ZnO 的增黏性較MgO 低，將其填充到尼龍(PA)6 中，制得的導熱塑料具有更高的熱導率和加工流動(dòng)性。當改性后的ZnO 的體積分數為25% 時(shí)，復合材料的熱導率達到1.05 W/(m·K)。

????????3、氮化物

????????相對于金屬氧化物，金屬氮化物熱導率高、線(xiàn)膨脹系數低、耐高溫、電絕緣性好并具有較好的介電性能，廣泛用作電子陶瓷基板及導熱封裝材料，是一類(lèi)很有潛力的導熱填料，但其缺點(diǎn)是價(jià)格較貴，這在一定程度上限制了它在導熱塑料中的應用。

????????常用的氮化物有氮化鋁(AlN)，BN 和氮化硅(Si3N4)，它們具有致密的內部結構，少量的添加即可達到較高的熱導率。

????????4、碳材料

????????常見(jiàn)的碳材料主要有碳化硅(SiC) 和石墨，它們的熱導率高，價(jià)格相對低廉，是制備導熱材料的理想填料。

????????SiC 具有良好的熱穩定性，硬度高，線(xiàn)膨脹系數低。

????????石墨的熱傳導載體為電子和聲子，兩者的協(xié)同作用使其具有很高的熱導率，與金屬最為接近。

????????由上述四類(lèi)填料特性可見(jiàn)，不同種類(lèi)的導熱填料各有優(yōu)缺點(diǎn)，對塑料導熱性能的改善效果也不盡相同。這就要求研究者充分了解各種填料的性能，并且根據自己的研究方向，選擇合適的導熱填料與基體進(jìn)行填充，最終使導熱復合材料具有良好的綜合性能。

????????導熱塑料的應用 LED

????????導熱塑料可以替代金屬部件應用到LED 中，例如：燈座、冷卻散熱燈杯、外殼、散熱器、基板、反射器、插件等。

????????這不僅可以避免金屬在惡劣環(huán)境中容易發(fā)生腐蝕和結垢，使燈具過(guò)重、成型困難等問(wèn)題，而且可使LED 的散熱均勻，減少零件因高溫造成變形，從而延長(cháng)燈具的使用壽命，還能降低運輸、安裝的成本。

????????導熱管材

????????相對于鋼制、鐵制等金屬管材，塑料管材具有耐腐蝕性強、質(zhì)輕、衛生安全、水流阻力小、對水質(zhì)PH 值無(wú)要求等優(yōu)點(diǎn)，在上下水管道、燃氣管道、地板采暖管道和地源熱泵等產(chǎn)業(yè)中廣泛應用。

????????但是，塑料的熱導率低，通過(guò)降低管道壁厚或增大管道長(cháng)度和表面積的方法來(lái)提高導熱效率，會(huì )導致管道強度降低且增加成本。

????????計算知：若塑料管的熱導率 ≥ 1 W/(m·K)時(shí)，在地源熱泵系統中，導熱管比普通管單位管長(cháng)的換熱能力在冬夏季制冷制熱工作下提高幅度均大于15%。因此，在換熱工程中，采用導熱塑料管具有更明顯的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益。

????????所以，提高塑料管材的熱導率，是節約樹(shù)脂、節約能源、降低成本的有效措施。

????????換熱器

????????換熱器是能源動(dòng)力、石油化工、食品加工等行業(yè)的核心設備，在工業(yè)生產(chǎn)中占有重要的地位。

????????傳統的換熱器都是由純金屬和合金加工而成，它們易被腐蝕而加重了工業(yè)生產(chǎn)的危險性，也造成了嚴重的經(jīng)濟損失。

????????聚合物換熱器是用聚合物材料代替傳統金屬來(lái)制備的換熱器，受到越來(lái)越多研究者的重視。

????????石墨散熱片是一種新材料，它是通過(guò)石墨熱分解在高分子薄膜上形成一層石墨結晶層，既具有高的熱導率，又具有良好的柔軟性。實(shí)驗表明，石墨散熱片可以將熱量快速地傳遞和散熱，散熱效果是金屬銅(Cu)和鋁(Al)的兩倍以上。

????????其他方面

????????導熱塑料不僅可以應用在LED、導熱管材和換熱器中，因其具有優(yōu)異的力學(xué)性能和導熱性能更是航空航天領(lǐng)域必不可少的關(guān)鍵部件。特別是碳導熱材料更是最近幾年最具有前景的材料之一。

????????高超聲速飛行器長(cháng)時(shí)間飛行駐點(diǎn)溫度高，需要高導熱材料及時(shí)對熱量進(jìn)行轉移，從而增加飛行器的穩定性;

????????空間飛行器的大面積薄板結構、固體火箭發(fā)動(dòng)機噴管等部位，也要求材料具有質(zhì)輕、熱導率高、力學(xué)性能良好等優(yōu)異的綜合性能;

????????另外，在大型計算機、筆記本電腦的CPU 及隨著(zhù)民用電器裝置性能的不斷提高，元件密集度不斷提高，會(huì )使系統產(chǎn)生的熱量驟增。

????????這些熱量若不能及時(shí)導出，電子器件的正常工作及系統的穩定性就會(huì )受到嚴重影響。

????????結語(yǔ)

????????填充型導熱塑料的研究和應用很多，傳統的金屬填料已經(jīng)被金屬氧化物、氮化物和碳材料所取代，采用不同的方法與不同基體復配后在一定程度上都發(fā)揮了各自的優(yōu)勢，取得了一些成果。在LED 燈、導熱管材和換熱器以及其它應用中，導熱塑料起到了重要的作用。

????????目前，導熱塑料應用的行業(yè)越來(lái)越多，市場(chǎng)對于具有優(yōu)良力學(xué)性能和高導熱材料的需求也越來(lái)越大。

????????因此，開(kāi)發(fā)新型導熱填料，探索不同種類(lèi)填料對改善復合材料導熱性能以及應用領(lǐng)域應受到高度重視，并應及時(shí)解決，以滿(mǎn)足現代科學(xué)技術(shù)和國民發(fā)展的需要。