試論導熱高分子材料的實踐應用

楊國棟（山東工業(yè)技師學院，山東濰坊 261053）

試論導熱高分子材料的實踐應用

楊國棟
（山東工業(yè)技師學院，山東濰坊 261053）

隨著現代工業(yè)和材料科學的不斷發(fā)展，對導熱高分子材料提出了更高的要求。從導熱高分子材料概述入手，探討導熱高分子材料的實踐應用，以供參考。

導熱高分子材料；導熱機理；實踐應用

隨著我國工業(yè)化進程的持續(xù)推進，對導熱高分子材料的研究、生產和應用都提出了新的更高的要求。長期以來，人們熟知的導熱材料主要是金屬材料，但金屬材料容易導電、容易被化學腐蝕，并且難耐高溫，因此其應用有所局限。而導熱高分子材料以其優(yōu)異的綜合性能，可以較好的克服金屬材料存在的問題，目前被廣泛應用于電子、航空航天、化工和熱能等領域，并發(fā)揮著重要作用。

1 導熱高分子材料概述

高分子材料是以高分子化合物為基礎的材料，包括纖維、塑料、橡膠、涂料、膠粘劑和高分子基復合材料等。導熱高分子材料是指具有較高導熱系數的高分子材料，如導熱塑料、導熱橡膠、導熱覆銅板、導熱膠黏劑、導熱彈性體及導熱相變材料等。通常以高導熱性的無機元素或金屬為導熱介質，制成導熱性元件。導熱介質受熱后，通過運動、振動等物理及相應的化學變化，使大量的熱能隨著高速粒子流傳送到冷端放熱，之后恢復常態(tài)繼續(xù)吸熱并傳導熱能。熱傳導過程中，導熱高分子材料元件表面呈現熱阻趨零的特性。這種導熱高分子材料具有成本較低、容易加工成型、質量較輕、強度較大、導熱性能好、使用壽命長等特點，若經特殊工藝處理或者對材料配方進行調整，所得元件可應用于特殊領域。

導熱高分子材料的導熱性能，是由高分子基體和高導熱填充物綜合作用所決定的。相對于基體材料的導熱性而言，以粒子或以纖維形式存在的填充物的導熱性能都要大得多。當填充物的量較小時，其對于整個體系的導熱性影響不大。如果填料達到一定的數量，填料之間便會發(fā)生相互作用，在體系中形成類似網狀和鏈狀的形態(tài)，通常稱作導熱網鏈，其取向方向與熱流方向平行時就能有效提高體系的導熱性。

2 導熱高分子材料的實踐應用

2.1 導熱塑料

導熱塑料的導熱率通常介于0.14～0.34之間，屬于介電絕緣材料。2000年，美國Cool Polymer公司開發(fā)導熱高分子材料并建立了第一條生產線，所生產的導熱塑料廣泛應用于汽車、照明、航空航天、電子電器、醫(yī)療器械、筆記本電腦等領域。此后，導熱塑料受到世界各國的高度重視。實踐表明，導熱塑料最重要的應用就是代替金屬和合金來制造熱交換器，如太陽能熱水器、換熱器、蓄電池冷卻器等。金屬耐腐蝕性不強，合金生產成本較高，而導熱塑料能較好的克服金屬和合金的不足。在電子電器工業(yè)中導熱塑料也應用較多，主要用于要求較高的電路導熱板的制造。在LED燈制造中，導熱塑料通常被用來替代金屬鋁作為LED的外殼，能極大的提高LED燈外殼的絕緣性，確保用電安全。另外，導熱塑料也應用于盛裝、封閉、輸送、埋嵌、裝飾等材料[1]。

2.2 導熱橡膠

導熱橡膠基體通常具有較強的回彈性、抗張強度、耐化學腐蝕性、介電性能、耐高低溫性能及具有低膨脹系數等特性。目前，用于實踐應用的導熱橡膠主要包括：硅橡膠、丁苯膠、丁晴膠、聚胺酯樹脂、SBS及熱塑性彈性體等。將高分子導熱橡膠基體與經表面處理的填料及其它助劑進行充分混合后，再加工成型。如加工成0.2～0.8mm厚的薄膜墊片可置于散熱基板和電子發(fā)熱元件之間，加工成0.5～5mm厚的導熱間隙墊片可置于印刷電路板和散熱基板之間，形成良好的熱流通道，以降低介面熱阻，延長使用壽命。實踐表明，硅橡膠是導熱橡膠中應用最為廣泛的一種熱介面材料，除了具有導熱橡膠的一般性能外，還具有較強的耐溶劑、耐油、耐輻射等性能，被廣泛應用于導彈、飛機、太空倉、汽車等領域。

2.3 導熱相變材料

導熱相變材料是一種儲能材料，在相變過程中吸收或施放相變潛熱，目前在環(huán)保建材、電子散熱墊片等領域應用較多。導熱相變材料具有較強的預先成型性和低熱阻性，可作為一種新型導熱貼片用于高速、大功率處理器的界面。在電子元件中通常選用石蠟相變材料，相變溫度可改變石蠟組成以滿足實際需要。定型復合相變材料由石蠟和聚合物共融混合制成，融合過程中可加入石墨、無機陶瓷填料及其它助劑，以提高相變材料的導熱率，主要用于筆記本電腦CPU和 絕緣柵雙極型晶體管、高功率LED模塊中的MCPCB和熱沉之間墊片[2]。

2.4 導熱膠粘劑

導熱膠粘劑通常分為導熱絕緣膠粘劑和非絕緣導熱膠粘劑，主要應用于半導體管陶瓷基片與銅座的粘合、管殼密封和管心保護，以及整流器、熱敏電阻器、微包裝中多層板的導熱絕緣和化工熱交換器粘連及導熱灌封等方面。南京臺力材料研究所研制的功率管與散熱器上的導熱絕緣膠，對第三代組裝封裝元器件散熱很有益處。北京化工研究院研制的TM-I無機型導熱膠粘劑熱導率大、效率高、適應溫度范圍廣，TM-II有機導熱膠粘劑化學穩(wěn)定性好、強度大、耐水性好，便于施工和儲存。上海無機化工研究所研制的L-90導熱泥是一種節(jié)能新材料，在化工、制藥、石油和食品等領域有著廣泛的應用前景[3]。

3 結束語

綜上所述，導熱高分子材料以其優(yōu)良的綜合性能日益受到人們的關注和重視，其應用前景十分可觀。雖然我國導熱高分子材料研究仍然落后于美國等部分發(fā)達國家，但隨著我國社會經濟和科技的快速發(fā)展，以及在導熱塑料、導熱橡膠、導熱相變材料和導熱膠粘劑等方面的應用實踐，一定會推動導熱高分子材料研究和應用創(chuàng)新發(fā)展。

[1] 金鈁，金榮福，蔡瓊英，等.LED與導熱高分子復合材料[J].廣東化工，2011，（11）：55-57.

[2] 祁蓉，齊暑華，王兆福，等.導熱高分子復合材料的研究[J].粘接，2015，（11）：89-93.

[3] 儲九榮，張曉輝，徐傳驤，等.導熱高分子材料的研究與應用[J].高分子材料科學與工程，2000，（4）：17-21.

Application of Thermal Conductive Polymeric Materials

Yang Guo-dong

With the continuous development of modern industry and materials science，the higher requirements of thermal conductive polymer materials are put forward.In this paper，the application of thermally conductive macromolecule materials is reviewed.

thermally conductive polymer；thermal conduction mechanism；practical application

TB332

B

：1003-6490（2016）12-0050-02

2016-11-10

楊國棟（1983—），男，山東濰坊人，講師，主要研究方向為化學工程與工藝。