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論述，首先對導(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)行了簡要介紹，然后重點(diǎn)從多個(gè)方面對提升導(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)，通過一定的填充方式所形成的高分子材料會表現(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，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。在長期的實(shí)驗(yàn)探究中，科研人員發(fā)現(xiàn)，如果以樹脂作為高分子基體，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 基體材料會對高分子材料的導(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簡易。經(jīng)過長期的研究和實(shí)踐應(yīng)用，在高分子基體材料選擇過程中，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程中，鋁粉作為導(dǎo)熱填充材料，樹脂作為高分子基體，而在填充之前，可以使用甲醛對填充物進(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程中所使用的助燃劑順序都會對最終高分子材料導(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程中，如果填充物質(zhì)的粒徑不同，則會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，高分子材料生成過程中，填充材料的搭配方式也會對最終導(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)熱性能會有所提高，同時(shí)還會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，可以對導(dǎo)熱高分子材料制作過程中的溫度、壓力等因素進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂?，因?yàn)?，這些因素的變化會使高分子材料的導(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)熱性能會明顯提升。

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