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 , 這對(duì)高分子材料導(dǎo)熱性能的提高幾乎沒(méi)有意義。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 , 體系中才能形成類似網(wǎng)狀或鏈狀的形態(tài) ———即導(dǎo)熱網(wǎng)鏈。

導(dǎo)熱絕緣高分子復(fù)合材料中填料顆粒大小 , 填料形狀 , 填料表面特征

導(dǎo)熱填料表面經(jīng)偶聯(lián)劑或表面處理劑處理后 ,可以提高導(dǎo)熱填料與基體之間的相容性 , 從而提高基體材料的導(dǎo)熱性能且不顯著降低其力學(xué)性能。導(dǎo)熱填料經(jīng)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。在材料的導(dǎo)熱過(guò)程中 , 關(guān)鍵是要形成導(dǎo)熱網(wǎng)鏈。

當(dāng)導(dǎo)熱絕緣高分子復(fù)合材料的添加量繼續(xù)增加，達(dá)到逾滲值以上時(shí)，填料之間就會(huì)相互接觸，產(chǎn)生相互作用，形成導(dǎo)熱網(wǎng)鏈。當(dāng)導(dǎo)熱網(wǎng)鏈的取向與熱流方向平行時(shí)，復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能就會(huì)顯著提高;如果在熱流方向上未形成導(dǎo)熱網(wǎng)鏈，則會(huì)造成很大的熱阻，導(dǎo)致導(dǎo)熱系數(shù)較低。因此，如何在體系中形成最大程度的導(dǎo)熱網(wǎng)鏈，是獲得高導(dǎo)熱系數(shù)的關(guān)鍵。

當(dāng)導(dǎo)熱絕緣高分子復(fù)合材料的添加量達(dá)到一定值時(shí)，顆粒之間才能相互接觸，形成導(dǎo)熱通路，聚合物由熱的不良導(dǎo)體向熱的良性導(dǎo)體轉(zhuǎn)變，這種轉(zhuǎn)變即是“逾滲”。當(dāng)填料的填充量較低時(shí)，填料在基體中是孤立的，彼此之間接觸很少，也沒(méi)有相互作用，不能在基體中形成導(dǎo)熱通路，對(duì)提高復(fù)合材料導(dǎo)熱性能的貢獻(xiàn)不大。

填料的種類不同，導(dǎo)熱能力也不同。金屬填料主要通過(guò)電子導(dǎo)熱，固有熱導(dǎo)率較高，而非金屬填料主要依靠聲子進(jìn)行熱傳導(dǎo)，其熱能擴(kuò)散速率主要取決于鄰近原子或結(jié)合基團(tuán)的振動(dòng)，其固有導(dǎo)熱率較低

填充量相同時(shí)，大粒徑填料填充的復(fù)合材料的導(dǎo)熱率比小粒徑填充的復(fù)合材料的導(dǎo)熱率高，這是因?yàn)榇箢w粒之間的界面接觸較少，界面熱阻較低。然而，粒徑也不能過(guò)大，否則，填料之間不能形成密堆積，不利于導(dǎo)熱通路的形成。目前，行業(yè)上多采用不同粒徑的填料搭配使用，以獲得較高的導(dǎo)熱率

Al 2 O 3 的表面處理及粒子尺寸對(duì)丁苯橡膠 (SBR) 導(dǎo)熱橡膠性能的影響 ; 結(jié)果表明 , 隨著微米 Al 2 O 3 填充份數(shù)的增加 ,SBR 的導(dǎo)熱系數(shù)增大 , 但其加工性能和物理力學(xué)性能下降 ;用硅烷偶聯(lián)劑和鈦酸脂偶聯(lián)劑處理后的微米Al 2 O 3 填充劑對(duì)導(dǎo)熱橡膠的導(dǎo)熱性能的影響不顯著 ; 在相同填充量下 , 采用納米 Al 2 O 3 填充比用微米 Al 2 O 3 填充的導(dǎo)熱橡膠具有更好的導(dǎo)熱性能和物理力學(xué)性能。

作為電子熱界面和熱封裝材料的導(dǎo)熱絕緣高分子復(fù)合材料具有極其廣闊的應(yīng)用前景。然而 , 與其他導(dǎo)熱材料相比 , 現(xiàn)在的導(dǎo)熱絕緣高分子復(fù)合材料普遍具有導(dǎo)熱率低的缺點(diǎn)。因此 , 使用新型導(dǎo)熱填料 , 合適填料的粒徑和比例 , 填料表面特性 , 新型復(fù)合技術(shù) , 將是導(dǎo)熱絕緣高分子復(fù)合材料的發(fā)展方向 ; 尤其是利用納米復(fù)合技術(shù)來(lái)大幅度提高熱導(dǎo)率、抗熱疲勞性 , 這將使導(dǎo)熱絕緣復(fù)合材料的性能得到質(zhì)的飛躍。 絕緣導(dǎo)熱耐高溫填料復(fù)合材料不僅廣泛用于電子設(shè)備的散熱。

審核編輯 黃昊宇