导热填料研究现状及进展-各种填料分析介绍
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目前在有机硅领域所使用的导热材料多数为氧化铝、氧化硅、氧化锌、氮化铝、氮化硼、碳化硅等。
尤其是以微米氧化铝、硅微粉为主体,纳米氧化铝,氮化物做为高导热领域的填充粉体;而氧化锌大多做为导热膏(导热硅脂)填料用。
一、导热材料的导热系数列表:材料名称导热系数K(w/m.k)氧化铍(剧毒) 270氮化铝 80~320氮化硼 125 -------有文章写60K(w/m.k)碳化硅 83.6 -------有文章写170~220K(w/m.k) ,个人表示怀疑,导热这么好的话,就完全没有BN和AlN的市场了氧化镁 36氧化铝 30氧化锌 26二氧化硅(结晶型) 10注:以上数据来自以下3篇论文1. 氧化铝在导热绝缘高分子复合材料中的应用,李冰,塑料助剂,2008年第3期,14~16页2. 金属基板用高导热胶膜的研究,孔凡旺等,广东生益科技,第十一届覆铜板市场技术研讨会论文集101~106页3. 复合绝缘导热胶粘剂的研究,周文英等中国胶粘剂2006年11月第15卷11期,22~25页以下部分观点来自期刊论文,部分观点来自广大产品工程师,感谢大家。
优缺点分析:1、氮化铝AlN,优点:导热系数非常高。
缺点:价格昂贵,通常每公斤在千元以上;氮化铝吸潮后会与水反应会水解AlN+3H20=Al(OH)3+NH3 ,水解产生的Al(OH)3会使导热通路产生中断,进而影响声子的传递,因此做成制品后热导率偏低。
即使用硅烷偶联剂进行表面处理,也不能保证100%填料表面被包覆。
单纯使用氮化铝,虽然可以达到较高的热导率,但体系粘度极具上升,严重限制了产品的应用领域。
2、氮化硼BN,优点:导热系数非常高,性质稳定。
缺点:价格很高,市场价从几百元到上千元(根据产品品质不同差别较大),虽然单纯使用氮化硼可以达到较高的热导率,但与氮化铝类似,大量填充后体系粘度极具上升,严重限制了产品的应用领域。
听说有国外厂商有生产球形BN,产品粒径大,比表面积小,填充率高,不易增粘,价格极高。
导热塑料行业研究报告一、引言导热塑料作为一种新型的功能性材料,近年来在电子、电气、照明等领域得到了广泛的应用。
随着科技的不断进步和市场需求的持续增长,导热塑料行业正呈现出蓬勃的发展态势。
二、导热塑料的定义与特点导热塑料是将高导热性的填料添加到塑料基体中,经过特殊的加工工艺制备而成的具有良好导热性能的塑料材料。
与传统的金属材料相比,导热塑料具有重量轻、耐腐蚀、成型加工方便等优点。
同时,它还能够满足电子设备对电磁屏蔽、绝缘等方面的要求。
三、导热塑料的分类(一)按照基体材料分类1、聚酰胺(PA)基导热塑料具有良好的力学性能和耐磨性,常用于汽车零部件、电子电器等领域。
2、聚苯硫醚(PPS)基导热塑料耐高温、化学稳定性好,适用于航空航天、汽车发动机等高温环境。
3、聚碳酸酯(PC)基导热塑料透明度高、韧性好,广泛应用于照明灯具、电子显示屏等产品。
(二)按照导热性能分类1、低导热塑料导热系数在 05 W/m·K 以下,主要用于对导热要求不高的一般电子设备。
2、中导热塑料导热系数在 05 2 W/m·K 之间,可用于电脑散热器、电源外壳等部件。
3、高导热塑料导热系数在 2 W/m·K 以上,适用于高功率电子设备的散热解决方案。
四、导热塑料的应用领域(一)电子电器领域在电脑、手机、平板等电子产品中,导热塑料用于制造散热器、外壳等部件,有效地解决了电子元件的散热问题,提高了设备的稳定性和可靠性。
(二)照明领域LED 灯具的散热是影响其寿命和性能的关键因素。
导热塑料制成的灯具外壳能够快速将热量散发出去,延长灯具的使用寿命。
(三)汽车领域汽车的电子设备越来越多,对散热的要求也越来越高。
导热塑料可用于汽车的电池包、电子控制单元等部件,减轻车辆重量,提高燃油效率。
(四)航空航天领域在航空航天设备中,重量的减轻至关重要。
导热塑料的轻质特性使其在飞机的电子设备、卫星部件等方面具有广阔的应用前景。
五、导热塑料行业的市场现状(一)市场规模近年来,全球导热塑料市场规模呈现出快速增长的趋势。
国外填料技术现状分析报告引言填料是化工行业中常见的一种材料,用于在反应器中增加反应表面积,提高反应效率。
随着化工领域的发展,国外的填料技术也经历了长足的进步和创新。
本文将对国外填料技术的现状进行分析,并讨论其在化工领域的应用。
填料技术的发展历程填料技术最早起源于20世纪初的德国。
最初使用的填料是以圆块状的陶瓷为主,用于增加反应器中的表面积。
随着科技的进步和工艺的改进,填料技术逐渐得到发展和完善。
20世纪50年代至70年代,塑料填料开始出现并得到广泛应用。
这些填料具有重量轻、耐腐蚀性好、性能稳定等优点,大大提高了反应器的效率和稳定性。
进入21世纪以后,国外填料技术出现了许多创新,如金属填料、陶瓷填料等。
这些填料具有更高的表面积和更好的反应性能,使得化工反应的效率和产量得到了进一步提高。
国外填料技术的分类根据填料的形状和材料,国外填料技术可以分为以下几类:1. 塑料填料:塑料填料具有轻质、耐腐蚀、耐高温等特点,常见的有聚丙烯、聚乙烯等。
这些填料广泛应用于各类反应器中,例如床式反应器、塔式反应器等。
2. 金属填料:金属填料具有较高的导热性和耐腐蚀性,常见的有金属丝网、金属泡沫等。
金属填料广泛应用于裂解、重整等化工过程中。
3. 陶瓷填料:陶瓷填料具有较高的温度稳定性和耐腐蚀性,常见的有陶瓷环、陶瓷球等。
陶瓷填料广泛应用于高温氧化反应、焚烧等工艺中。
4. 复合填料:复合填料是将多种材料结合在一起,以提高填料的性能和效率。
例如将金属填料与陶瓷填料结合,既能够提高反应速度,又能够提高耐腐蚀性。
国外填料技术的应用领域国外填料技术广泛应用于化工领域的各个环节,包括:1. 催化剂载体:填料常用于催化剂的载体中,增加反应表面积,提高催化反应效率。
例如,在石化工业中,填料常用于催化剂床层。
2. 吸附剂:填料可以作为吸附剂的载体,用于去除废气中的有害物质。
填料具有较大的表面积,能够提高吸附效果和吸附速度。
3. 离子交换剂:填料可以作为离子交换树脂的载体,用于水处理、电子仪器、生物医药等领域。
导热填充材料应用介绍导热填充材料应用介绍2011年03月30日导热填充材料热量控制产品 MOB137******** 罗'R QQ314281317导热填充材料概述:一、热设计作为一个专门的学科成功的解决了设备中热量的损耗或保持问题。
在热设计中往往需要考虑功率器件与散热器之间的热传导问题。
合理选择热传递介质,不仅要考虑其热传递能力,还要兼顾生产中的工艺、维护操作性、优良的性价比。
这些材料是近年来针对设备的热传导要求而设计的,性能优异、可靠。
它们适合各种环境和要求,对可能出现的导热问题都有妥善的对策,对设备的高度集成,以及超小超薄提供了有力的帮助,该导热产品已经越来越多的应用到许多产品中,提高了产品的可靠性。
导热填充材料分类:1)相变导热绝缘材料利用基材的特性,在工作温度中发生相变,从而使材料更加贴合接触表面,同时也获得了超低的热阻,更加彻底的进行热量传递,是CPU、模块电源等重要器件的可靠选择。
2)导热导电衬垫特殊工艺和先进技术的结晶,超乎寻常的导热能力和低电阻是在特殊场合使用的材料,其热传导能力和材料本身具备的柔韧性,很好的贴合了功率器件的散热和安装要求。
3)热传导胶带广泛应用在功率器件与散热器之间的粘接,能同时实现导热、绝缘和固定的功能,能有效减小设备的体积,是降低设备成本的有利选择。
4)导热绝缘弹性橡胶具有良好的导热能力和高等级的耐压,符合目前电子行业对导热材料的需求,是替代硅脂导热膏加云母片的二元散热系统的最佳产品。
该类产品安装便捷,利于自动化生产和产品维护,是极具工艺性和实用性的新型材料。
5)柔性导热垫一种有较厚的导热衬垫,专门为利用缝隙传递热量的设计方案生产,能够填充缝隙,完成发热部位与散热部位的热传递,同时还能起到减震、绝缘、密封等作用,能够满足设备小型化、超薄化的设计要求。
6)导热填充剂也可以作为导热胶使用,不仅具有导热的功效,也是粘接、密封灌封的上佳材料。
通过对接触面或罐状体的填充,传导发热部件的热量。
浅谈导热高分子材料的研究与应用导热高分子材料是一种在近年来备受研究和应用的热门材料,它具有优良的导热性能和多样的化学结构,广泛应用于电子器件、热管理系统、汽车工业等领域。
本文将就导热高分子材料的研究与应用进行探讨,并展望其未来的发展方向。
一、导热高分子材料的研究现状导热高分子材料是一类具有较高导热系数的高分子材料,通常是有机聚合物或具有一定导热性质的聚合物基材料。
在导热高分子材料的研究中,学者们通常通过在高分子材料中引入导热填料(如金属粉末、碳纳米管等)或结构设计优化,来提高高分子材料的导热性能。
目前,国内外学者们在导热高分子材料的研究中取得了不少成果。
他们通过添加导热填料或设计合适的分子结构,成功地提高了高分子材料的导热性能,并拓展了其在热管理领域的应用范围。
有学者利用碳纳米管和石墨烯等导热填料,成功提高了高分子材料的导热系数。
他们还通过控制高分子材料的结晶结构和分子取向来提高材料的导热性能。
导热高分子材料具有优异的导热性能和良好的加工性能,因此在电子器件、热管理系统、光伏设备、汽车工业等领域有着广泛的应用前景。
1. 电子器件导热高分子材料在电子器件中具有重要的应用价值。
由于其导热性能优异,可以用作热界面材料,提高电子器件的散热效果。
导热高分子材料还可以应用于电子封装材料,提高电子器件的散热效率,延长器件的使用寿命。
2. 热管理系统在热管理系统中,导热高分子材料被广泛应用于传热设备、散热片、导热膏等领域。
其优良的导热性能能够有效地提高热传递效率,提高热管理系统的工作性能。
导热高分子材料的轻质化还能减轻设备的重量,提高热管理系统的能效比。
3. 光伏设备导热高分子材料在光伏设备中的应用也备受关注。
光伏设备在工作过程中会产生大量热量,而导热高分子材料可以有效地将这些热量传递出去,提高光伏设备的工作效率,延长其使用寿命。
4. 汽车工业在汽车工业中,导热高分子材料可以广泛应用于汽车发动机、电池模组、电子设备等领域。
导热聚合物复合材料用填料研究进展宋维东/文【摘要】填充型导热聚合物复合材料因具有高热导率、价格低以及易于加工等优点,得到了广泛的应用,其导热系数的提高主要依靠其中添加的导热填料,包括金属类填料、碳类填料以及陶瓷类填料等。
本文综述了不同填料对导热聚合物复合材料性能的影响,并介绍了导热填料的研究进展。
【关键词】聚合物复合材料;导热填料;热导率聚合物材料作为一种新型的功能高分子材料在导热领域展现巨大的应用前景,聚合物材料绝缘性好,且易于成型加工,但聚合物材料最大的缺点是导热性能差,聚合物本身是热的不良导体[1]。
因此为满足微电子、电机电器、航空航天、军事装备等诸多制造业及高科技领域的发展需求,制备具有优良综合性能的高导热聚合物绝缘材料成为研究的热点。
1.导热聚合物材料的种类根据材料制备工艺的不同可以将导热聚合物材料分为本征型导热聚合物和填充型导热聚合物。
本征型导热聚合物是指具有高导热系数的结构聚合物,它是在材料合成及成型加工过程中通过改变材料分子和链接结构获得的特殊物理结构。
填充型导热聚合物是指通过物理共混的方法直接将高导热填料加入到聚合物基体中,以提高聚合物的热导率,该方法加工便捷简单,成本较低,可工业化生产,是目前国内外高导热聚合物材料的主要制备方法[2]。
2.填料对导热聚合物导热性能的影响2.1填料的种类不同填料的导热率不同,其填充的聚合物的导热率也会有所不同,通常填料的导热率越高,聚合物复合材料的导热性能就会越好。
[3]2.2填料的添加量在导热复合材料中,当填料含量较少,粒子之间未能形成相互接触作用,填料对体系的导热性能影响较小,复合材料的热导率不高;当填料达到一定添加量时,填料间接触增多,体系内形成导热网链,使得复合材料的热导率大大提高。
[4]2.3填料的尺寸分布填料的不同尺寸分布也会硬性复合材料的导热性能,对于多组分填料填充型导热复合材料来说,使用大小颗粒混合堆积能够提高材料的热导率。
这是因为小颗粒能够进入大颗粒无法占据的空间,存在于大颗粒之间的间隙中,与大颗粒或小颗粒形成更紧密的堆积,增加中国粉体工业 2020 No.412填料之间的接触,从而提高材料的导热性能。
“导热塑料及其填料”简析根据“MARKETSANDMARKETS”的市场调研报告“THERMALLYCONDUCTIVEPLASTICSMARKET”导热塑料市场分析一文资料显示,“到2021年,导热塑料市场预计将达到2.551亿美元”,“市场的增长主要是由于LED灯、轻型散热器、电动汽车、医疗设备和轻型汽车对塑料的需求增加。
与其他传统材料相比,塑料提供了设计上的灵活性,这使得它们在不同的最终用途行业中得到了越来越多的应用。
”国际上生产导热塑料的大型公司主要有CELANESE、DSM、Albis、Laticonther、Polyone、Ticona、日本东丽等,它们占据了导热塑料市场的绝大部分份额。
说句题外话,先不论数据有几分指导意义,塑料作为一个人造的材料,自面世以来的确带给我们许多惊喜,例如若没有塑料材料(如化学纤维)的诞生,世界范围内衣不庇体的大有人在,人人道是天然材料好,但天然的也没法有那么多产出不是?回到本文正题:讨论一下塑料在导热材料应用领域的惊喜。
塑料高导热有何意义?如何实现塑料高导热?COOLPOLY®THERMALLYCONDUCTIVEPLASTICSCELANESE凉凉的聚合物®导热塑料材料,可根据不同应用需求实现塑料材料1-40W/mk导热率要求换热工程、采暖工程、航天、微电子、电力设备等工业领域需要用到大量具有优秀导热能力的材料,传统意义上的导热材料包括Al、Cu、Mg等金属,AIN、BN等氮化物,MgO、ZnO等金属氧化物和石墨、炭黑等其他导热材料,这些材料虽然具有较高的导热系数,但也有可能存在比重大(不利于设备轻型化发展)、易腐蚀及成型加工较难等等缺点,使得实际导热材料的应用过程也存在着一定得局限性。
将聚合物材料用于导热材料具有加工方便,导热率可控(一定程度上),制备成本相对较低的优势,且大多数聚合物材料还具有优良的耐腐蚀性能可以适用于金属导热材料无法胜任的领域。
导热填料的种类及优缺点
导热填料是添加在基体材料中用来增加材料导热系数的填料。
常见的导热填料包括:
1. 金属粉体:如铜粉、铝粉、钨粉等。
优点是导热性能好,缺点是易氧化、易燃、难以控制粒径。
2. 氧化物:如氧化铝、氧化镁、氧化锌等。
优点是稳定性好,缺点是导热性能相对较差。
3. 碳化物:如碳化硅、碳化钨等。
优点是导热性能好,强度高,缺点是成本高。
4. 氮化物:如氮化铝、氮化硼等。
优点是导热性能好,高温稳定性好,缺点是成本高。
5. 碳纳米管:石墨烯等。
优点是导热性能极好,表面积大,但成本高。
6. 石墨相变材料:具有特殊的相适应相变温度,可以在不同温度下改变其导热性能。
优点是导热性能稳定,但成本高。
7. 纳米改性材料:如纳米氧化铝、纳米氧化镁等。
优点是导热性能好,表面积大,但成本高。
不同种类的导热填料具有不同的优缺点,选择时需要根据实际需求进行综合考虑。
填充型高分子导热复合材料的研究进展于利媛,杨 丹*,韦群桂,倪宇峰(北京石油化工学院材料科学与工程学院,北京102617)摘要:介绍填充型高分子导热复合材料的研究进展,综述3种无机非金属填料(氧化物、碳化物和氮化物)、碳系填料以及表面功能化填料、杂化填料对高分子导热复合材料导热性能的影响。
指出填料的表面功能化改性和杂化有利于改善填料在聚合物基体中的分散性能和界面相容性,从而构建有效的导热网络以提高复合材料的热导率,提出设计合适的配方和工艺是填充型导热复合材料的研究重点。
关键词:高分子导热复合材料;填充型;导热填料;表面改性;热导率中图分类号:TB332 文章编号:1000-890X(2020)11-0873-07文献标志码:A DOI:10.12136/j.issn.1000-890X.2020.11.0873作者简介:于利媛(1996—),女,内蒙古乌兰察布人,北京石油化工学院在读硕士研究生,主要从事橡胶复合材料的开发和性能研究。
*通信联系人(yangdan@)OSID开放科学标识码(扫码与作者交流)导热材料在我国乃至全球的生产生活中起着十分重要的作用。
铝、铁和铜等金属材料通过自身自由电子的热运动具有良好的导热性能,但金属的耐腐蚀性能差、易老化、不易成型加工,同时导电性能良好,使其在绝缘领域的使用受到限制[1]。
高分子材料具有质量小、耐腐蚀、易成型加工、耐疲劳和绝缘性能良好等优点,在导热材料领域占据一席之地,广泛应用于通讯电子设备、医疗、化工和航空航天等领域。
由于高分子材料结构特殊,主要由声子传递热量,其热导率一般都小于0.5 W·(m·K)-1[2],因此高分子材料在某些领域单独使用很难满足散热需求。
目前主要有两种方法提高高分子材料的导热性能,一种是本征法,通过改变聚合物的分子链或分子链分布以获得不同结构,从而提高导热性能;另一种是填充法,通过向聚合物基体中添加高导热填料制成导热复合材料[3]。
导热填料研究现状及进展导热填料的技术研究现状导热绝缘材料的研究进展(1)无机非金属导热绝缘材料通常金属(如Au、Ag、Cu、Al、Mg等)均具有较高的导热性,但均为导体,无法用作绝缘材料,而部分无机非金属材料,如金属氧化物Al2O3、MgO、ZnO、NiO,金属氮化物AlN、Si3N4、BN,以及SiC陶瓷等既具有高导热性,同时也具有优良的绝缘性能、力学性能、耐高温性能、耐化学腐蚀性能等,因此被广泛用作电机、电器、微电子领域中的高散热界面材料及封装材料等。
陶瓷封装具有耐热性好、不易产生裂纹、热冲击后不产生损伤、机械强度高、热膨胀系数小、电绝缘性能高、热导率高、高频特性、化学稳定性高、气密性好等优点,适用于航空航天、军事工程所要求的高可靠、高频、耐高温、气密性强的产品封装。
由于陶瓷材料所具有的良好的综合性能,使其广泛用于混合集成电路和多芯片模组。
在要求高密封的场合,可选用陶瓷封装。
国外的陶瓷封装材料以日本居首,日本占据了美国陶瓷封装市场的90%~95%,并且占美国国防(军品)陶瓷封装市场的95%~98%。
传统的陶瓷封装材料是Al2O3陶瓷,具有良好的绝缘性、化学稳定性和力学性能,掺杂某些物质可满足特殊封装的要求,且价格低廉,是目前主要的陶瓷封装材料。
SiC的热导率很高,是Al2O3的十几倍,热膨胀系数也低于Al2O3和AlN,但是SiC的介电常数过高,所以仅适用于密度较低的封装。
AlN陶瓷是被国内外专家最为看好的封装材料,具有与SiC相接近的高热导率,热膨胀系数低于Al2O3,断裂强度大于Al2O3,维氏硬度是Al2O3的一半,与Al2O3相比,AlN的低密度可使重量降低20%,因此,AlN封装材料引起国内外封装界越来越广泛的重视。
(2)聚合物基导热绝缘材料由于聚合物材料具有优良的电气绝缘性能、耐腐蚀性能、力学性能、易加工性能等,人们逐步用聚合物材料代替传统的电气绝缘材料,但大多数聚合物材料的热导率很低,无法直接用作导热材料,需要通过加入导热性物质,使其成为导热绝缘材料。
按获得导热性的方式,聚合物导热绝缘材料可分为本体导热绝缘聚合物和填充导热绝缘聚合物。
本体导热绝缘聚合物通过在高分子合成或加工过程中改变其分子结构和凝聚态,使其具有较高的规整性,从而提高其热导率。
填充型则是通过在高分子材料中加入导热绝缘填料来提高其热导率。
填料的导热性能研究(1)填料的比例当导热填料的填充量很小时,导热填料之间不能形成真正的接触和相互作用,这对高分子材料导热性能的提高几乎没有意义。
只有在高分子基体中,导热填料的填充量达到某一临界值时,导热填料之间才有真正意义上的相互作用,体系中才能形成类似网状或链状的形态——即导热网链。
汪雨荻等在聚乙烯(PE)中填充氮化铝,并考察其导热性能;在电镜下观察到AlN与PE结合处存在间隙,这表明AlN不浸润PE。
AlN/ PE复合材料在AlN体积分数小于12%时,其热导率基本保持不变;当AlN体积分数在12%~24%时,热导率增长较快;当体积分数大于24%后,热导率增长又变慢;当AlN体积分数达到30.2%时,复合材料的热导率趋于平衡,能达到2.44 W/(m·K)。
Giuseppe P等利用新型渗透工艺制备了AlN/PS互穿网络聚合物。
将液泡状态PS单体及引发剂持续渗透到多孔性AlN中至平衡态,在氩气气氛中100℃、4h使PS完成聚合。
从微观上在AlN骨架上形成了一个渗滤平衡的聚合物网络结构,即使PS体积分数低至12%也可形成网络结构。
材料热导率随AlN用量增加而升高,在高用量时趋于平衡。
PS体积分数为20%~30%时,材料同时获得高热导率和良好韧性。
(2)填料的尺寸填料填充复合材料的热导率随粒径增大而增加,在填充量相同时,大粒径填料填充所得到的复合材料热导率均比小粒径填料填充的要高。
Hasselman研究了不同粒径SiC填充的铝基复合材料的导热率,实验得到在20℃填充量为20%时热导率随着SiC粒径的增大也变大。
但是,导热填料经过超细微化处理可以有效提高其自身的导热性能。
唐明明等研究了在丁苯橡胶中分别加入纳米氧化铝和微米氧化铝得到的聚合物材料的导热性,发现在相同填充量下,纳米氧化铝填充丁苯橡胶的热导率和物理力学性能均优于微米氧化铝填充的丁苯橡胶,且丁苯橡胶的热导率随着氧化铝填充量的增加而增大。
(3)填料的形状分散于树脂基体中的填料可以是粒状、片状、球形、纤维等形状,填料的外形直接影响其在高分子材料中的分散及热导率。
汪雨荻利用模压法制备了聚乙烯/AlN复合基板,研究了AlN 的结晶形态和填加量对复合基板热导率的影响。
结果表明复合基板的热导率随AlN添加量的增大,最初变化很小,而后迅速升高,随后增速又逐渐降低;在相同的AlN填加量情况下,热导率最低的是AlN粉体复合材料,其次是含AlN纤维复合材料,最高的则是以晶须形态填加的复合材料。
(4)基体与填料的界面导热高分子复合材料是由导热填料和聚合物基体复合而成的多相体系,在热量传递(即晶格振动传递)过程中,必然要经过许多基体-填料界面,因此界面间的结合强度也直接影响整个复合材料体系的热导率。
基体和填料界面的结合强度与填料的表面处理有很大关系,取决于颗粒表面易湿润的程度。
这是因为填料表面润湿程度影响填料与基体的黏结程度、基体与填料界面的热障、填料的均匀分散、填料的加入量等一些直接影响体系热导率的因素。
增加界面结合强度能提高复合材料的热导率。
张晓辉等研究发现Al2O3粒子经偶联剂表面处理后填充环氧,与未经表面处理直接填充所得的环氧胶黏剂相比,其热导率提高了10%,获得的最大热导率为1.236W/(m·K)。
牟秋红等以Al2O3为导热填料,制备了热硫化导热硅橡胶,考察了5种表面处理剂对Al2O3填充硅橡胶性能的影响。
结果发现,5种处理剂处理均能提高硅橡胶的热导率,其中以乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷效果最为明显。
表面处理剂的加入既可以改善填料的分散能力,又可以减少硅橡胶受外力作用时填料粒子与基体间产生的空隙,减少应力集中导致的基体破坏。
表面处理剂对硅橡胶热导率的影响应该是“桥联”和“包覆”共同作用的结果。
一方面,其“桥联”作用改善了填料与基体的界面相容性,减少了界面缺陷及可能存在的空隙,从而降低了体系的热阻;另一方面,若包裹在填料表层的偶联剂的热导率较低,又会增加热阻。
表面处理剂是否能够提高复合材料的热导率,关键在于处理是否能够在界面处形成有效的键合。
中国科学院化学研究所的汪倩等人在提高室温硫化硅橡胶导热性能方面做了一系列研究工作,发现选择高导热系数的填料,更重要的是通过填料在硅橡胶中堆积致密模型的设计和计算及选择合理的填料品种、填料粒径及粒径的分布,可以使室温硫化硅橡胶的导热系数高到1.3~2.5W/(m·K),达到国际先进水平。
Xu Y S等研究了AlN粉末及晶须填充的环氧、聚偏氟乙烯(PVDF)复合塑料导热性能,发现加7μm粒子和晶须以25∶1质量比混合,总体积为60%时,PVDF热导率达11.5 W/(m·K)。
用硅烷偶联剂处理粒子表面,因粒子/环氧界面改善减少了热阻,则环氧热导率可以达到11.5W/(m·K),提高了97%;但是,AlN加入降低了材料拉伸强度、模量及韧性,在水中浸泡后发生降解。
Yu S Z等研究了AlN/聚苯乙烯(PS)体系导热性能,将AlN分散到PS中,环绕、包围PS粒子,发现PS粒子大小影响材料热导率,2mm的PS粒子比0·15mm粒子体系热导率高,因粒子尺寸愈小,等量PS需更多AlN粒子对其形成包裹,从而形成导热通道。
AlN加入显著提高PS热导率,含20%AlN且PS粒子为2mm时,体系的热导率为纯PS的5倍。
提高导热性能的途径(1)开发新型导热材料如利用纳米颗粒填充,导热系数可增加不少,尤其是某些共价键型材料变为金属键型材料,导热性能急剧升高。
(2)填料粒子表面改性处理树脂和导热填料界面对塑料导热性能有重要影响,所以导热填料表面的润湿程度影响着导热填料在基体中的分散情况,基体与填料粒子的粘结程度及二者界面的热障。
(3)成型工艺条件选择及优化导热填料与塑料的复合方式及成型过程中温度、压力、填料及各种助剂的加料顺序等对导热性能有明显影响。
多种粒径导热填料混合填充时,填料的搭配对提高导热性能和降低粘度有明显影响,导热填料不同粒径分布变化时,体系导热性能和粘度发生规律性变化,当粒径分布适当时可同时得到最高导热系数和最低粘度的混合体系。
目前在有机硅领域所使用的导热材料多数为氧化铝、氧化硅、氧化锌、氮化铝、氮化硼、碳化硅等。
尤其是以微米氧化铝、硅微粉为主体,纳米氧化铝,氮化物做为高导热领域的填充粉体;而氧化锌大多做为导热膏(导热硅脂)填料用。
一、导热材料的导热系数列表:材料名称导热系数K(w/m.k)氧化铍(剧毒) 270氮化铝 80~320氮化硼 125 -------有文章写60K(w/m.k)碳化硅 83.6 -------有文章写170~220K(w/m.k) ,个人表示怀疑,导热这么好的话,就完全没有BN和AlN的市场了氧化镁 36氧化铝 30氧化锌 26二氧化硅(结晶型) 10注:以上数据来自以下3篇论文1. 氧化铝在导热绝缘高分子复合材料中的应用,李冰,塑料助剂,2008年第3期,14~16页2. 金属基板用高导热胶膜的研究,孔凡旺等,广东生益科技,第十一届覆铜板市场技术研讨会论文集101~106页3. 复合绝缘导热胶粘剂的研究,周文英等中国胶粘剂2006年11月第15卷11期,22~25页以下部分观点来自期刊论文,部分观点来自广大产品工程师,感谢大家。
优缺点分析:1、氮化铝AlN,优点:导热系数非常高。
缺点:价格昂贵,通常每公斤在千元以上;氮化铝吸潮后会与水反应会水解AlN+3H20=Al(OH)3+NH3 ,水解产生的Al(OH)3会使导热通路产生中断,进而影响声子的传递,因此做成制品后热导率偏低。
即使用硅烷偶联剂进行表面处理,也不能保证100%填料表面被包覆。
单纯使用氮化铝,虽然可以达到较高的热导率,但体系粘度极具上升,严重限制了产品的应用领域。
2、氮化硼BN,优点:导热系数非常高,性质稳定。
缺点:价格很高,市场价从几百元到上千元(根据产品品质不同差别较大),虽然单纯使用氮化硼可以达到较高的热导率,但与氮化铝类似,大量填充后体系粘度极具上升,严重限制了产品的应用领域。
听说有国外厂商有生产球形BN,产品粒径大,比表面积小,填充率高,不易增粘,价格极高。
3、碳化硅SiC 优点:导热系数较高。
缺点:合成过程中产生的碳及石墨难以去除,导致产品纯度较低,电导率高,不适合电子用胶。
密度大,在有机硅类胶中易沉淀分层,影响产品应用。