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导热高分子材料如何实现导热性能?

发布日期:2022-03-23 09:13浏览次数:

  目前重要的热管理材料,导热高分子材料在变压器电感、电子元器件散热、特种电缆、电子封装、导热灌封等领域都有广泛的应用。导热高分子复合材料一般是导热塑料、导热橡胶、导热胶粘剂等。然而,实际上一般高分子材料都是热的不良导体,其导热系数一般都低于 0.5 W/(mK),那么,高分子材料是如何实现导热性能的呢?


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  高分子材料的导热方法


  对于导热高分子材料来说,提升材料的导热性能是关键。改善高分子材料的导热性能的方法有两种:


1)本征型导热材料


  即改变高分子本身的链节结构获得特殊物理结构,提高导热性能;但由于制备工艺复杂、难度大、成本高,并不常用。


2)导热填料填充改性复合材料


  采用高热导率的填料粒子对聚合物进行填充,制备填充型导热复合材料,是现今采用最广泛的制备导热高分子复合材料的方法。

表  纯高分子材料的导热系数

填料

导热系数/(W·m-1·K-1)

填料

导热系数/(W·m-1·K-1)

Ag

417

Cu

398

Ni

158

Al

315

Al2O3

30

ZnO

60

SiC

80~120

AlN

300

BN

250~300

石墨

100~400

炭黑

6~174

丙烯腈碳纤维

8~70

沥青基碳纤维

530~1100

碳纳米管

3000~3500

金刚石

2000

石墨烯

2000~5200


  由于高分子材料基体的导热性能普遍较差,复合材料的热导率主要取决于填料的热导率及其在复合材料中的作用。因此,填料是影响复合材料热导率的关键因素。


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  高分子材料的导热方法


  对于导热高分子材料来说,提升材料的导热性能是关键。改善高分子材料的导热性能的方法有两种:


1)本征型导热材料


  即改变高分子本身的链节结构获得特殊物理结构,提高导热性能;但由于制备工艺复杂、难度大、成本高,并不常用。


2)导热填料填充改性复合材料


  采用高热导率的填料粒子对聚合物进行填充,制备填充型导热复合材料,是现今采用最广泛的制备导热高分子复合材料的方法。

表  纯高分子材料的导热系数

填料

导热系数/(W·m-1·K-1)

填料

导热系数/(W·m-1·K-1)

Ag

417

Cu

398

Ni

158

Al

315

Al2O3

30

ZnO

60

SiC

80~120

AlN

300

BN

250~300

石墨

100~400

炭黑

6~174

丙烯腈碳纤维

8~70

沥青基碳纤维

530~1100

碳纳米管

3000~3500

金刚石

2000

石墨烯

2000~5200


  由于高分子材料基体的导热性能普遍较差,复合材料的热导率主要取决于填料的热导率及其在复合材料中的作用。因此,填料是影响复合材料热导率的关键因素。


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