基于導熱高分子材料的研究與應用分析

王燕

摘 要：隨著工業生產與科學技術的發展，人們對導熱材料的要求也隨之增高。為了滿足這種社會需求，對導熱高分子材料的研究在不斷深入，同時，導熱高分子材料在各行業中得到了應用和發展。目前，應用和研究最為廣泛的是添加型導熱高分子材料，它具有制作工藝相對簡單以及成本較低的特性，受到各個領域的關注，下面將對此材料進行討論。

關鍵詞：導熱高分子材料；研究；應用

一、導熱高分子材料的技術研究

1.導熱高分子材料的導熱機理。在高分子基體和導熱填料的相互作用下，導熱高分子材料才能體現出優良的導熱性能。導熱填料在導熱高分子材料中起著重要的作用，要達到高分子材料的導熱性能需要在高分子基體中加入一定量的量，使填料之間能夠進行充分的接觸并產生相互作用，同時會產生一種類似網狀或鏈狀的導熱網鏈，從而實現高分子材料優良的導熱性能。

2.導熱高分子材料的導熱理論模型。曾經有眾多研究者關于填充型導熱高分子材料的導熱率提出采用各種不同的模型進行研究并做出預測。但是，理論模型研究的填充量都比較小，通常填充體積在10%～30%，而對高填充量以及超高填充量的情況就甚少提到。之后，由Agar提出了一種理論模型，是一種比較適用于高分子材料的高填充量和超高填充量的理論模型。該理論模型指出：在聚合物中若所有的填充粒子匯聚成的傳導塊和聚合物傳導塊的熱流方向保持平行的狀態，就會體現出較強的導熱性能；若是兩者的熱流方向處于垂直狀態時，則會體現出相反的結果。因此得出下面的理論等式：

lgλ1=VfC2lgλ3+（1-Vf）lg（C1λ2）

備注：λ1——高分子復合材料的熱導率，W/（m·K）；

Vf——高分子材料中填料的體積分數，%；

C2——填料形成導熱鏈的自由因子；

λ2——聚合物的熱導率，W/（m·K）；

λ3——復合材料中填料的導熱率，W/（m·K）；

C1——影響聚合物結晶度和尺寸的因子。

在導熱高分子材料的深入研究中，高分子材料中所添加的填料有單一的種類向多種類發展，原有的理論模型已經不適用于這種預測。因此，Agar等人又研制出了一種適用于多項體系聚合物的理論模型，并做出相應的計算公式：

lgλ1=Vf（X2C2lgλ3+X3C3lgλ4+…）+（1-Vf）lg（C1λ2）

備注：λ2——聚合物的熱導率，W/（m·K）；

λ3、λ4——填料粒子的導熱率，W/（m·K）

Vf——高分子材料中填料的體積分數，%；

λ1——高分子復合材料的熱導率，W/（m·K）；

X2、X3——在聚合物中填料中各種粒子占混合粒子的統計分數。

Privalko等人則表示先前的模型中都是在兩相界面無限薄的情景中進行假設的，而忽略了兩相界面去對導熱性能的影響。在實際運用中，填料量的不斷增加，兩相界面會出現一種互穿網絡狀態，而導致預測結果的偏差。由于此項原因，他提出了一種計算機模型，該模型運用了逾滲模型和等價元素模型，實現了很好的預測。

二、導熱高分子材料的運用

1.硅橡膠復合導熱材料。導熱對硅橡膠材料的導熱性能是由硅橡膠基體、導熱填料以及其加工工藝三個因素共同決定的，其中填料因素的導熱性能和其在硅橡膠基體中的分散情況對整個硅橡膠材料的導熱性能有著很大的影響。硅橡膠具有較好的絕緣和減震性能，其導熱性能很差，只能達到0.2W/(m·K)左右的導熱率。因此，此材料的導熱性能中填料起到了決定性作用。但是在填料的使用過程中要注意填料的用量和填料粒子的分布情況。因此，在此方面的應用和研究主要是對填料的表面處理和改性還有填料粒徑的分布。現使用新型的導熱填料結合新型的填料復合技術來提高導熱高分子材料的導熱性能。如朱毅把銅粉經過抗氧化和抗團簇的預處理后，作為填料加入到硅膠材料基體中，經過加工工藝得到導熱率為1.6～1.7W／ （m·K）的導熱高分子材料，能很好地滿足計算機和電源供應的需求。

2.聚乙烯（PE）復合導熱材料。聚乙烯具有較強的綜合性能且成本較低，是一種應用最為廣泛的塑料產品。近年來，由于線性低密度的聚乙烯的導熱性能較好以及其較強的物理性能而受到廣泛的應用。聚乙烯復合導熱材料通常用在注塑、擠塑、吹塑、涂覆、熱成型、熱焊接等熱塑性成型工藝中。

在現代的生產應用中，導熱高分子復合材料主要是用在太陽能熱水器、導熱管等器件中。同時在電子電器行業和化工生產行業中也起到了重要的作用。隨著導熱高分子材料研究的不斷深入以及具有的優良特性，在未來的發展中將在更廣泛的領域得到應用和發展。

參考文獻：

杜茂平,魏伯榮.導熱高分子材料的研究新進展[J].塑料工業，2007（S1）.