導熱高分子材料研究進展分析

王曉航 鄭睿韜 江昕陽

（沈陽理工大學）

導熱高分子材料研究進展分析

王曉航 鄭睿韜 江昕陽

（沈陽理工大學）

在高分子材料科學與工程中導熱高分子材料的理論研究與產品開發都是非常重要的部分，隨著復合技術的引入和實施，高導熱聚合物本材料和納米復合材料的研究進入一個嶄新的階段，高分子復合材料的導熱機理得到深入的研究同時在實踐中的應用開發得到更新的進展。建立高分子復合材料導熱模型，深入研究聚合物基體與導熱填料界面的結構與性能及高分子復合材料的導熱機理，不斷探索導熱本體聚合物材料的制備，這些導熱高分子材料的研究為高新技術的發展奠定了堅實的基礎。。

高分子材料；導熱機理；研究進展

一、引言

目前隨著科學技術的進步，導熱高分子材料的研究取得了一定的成果，在基本理論方面聚合物導熱的概念、導熱機理、導熱系數以及影響其導熱性能的因素都進行了深入的研究，并且在導熱高分子復合材料的選擇以及復合技術方面的研究也有了長足的進展，從原來的普通金屬材料到現在的高分子復合材料，提高了導熱材料的抗腐蝕性和導熱性能。導熱材料在采暖工程、電子信息工程等領域得到廣泛的應用，其中一些電磁屏蔽、換熱工程、摩擦材料等對材料的導熱性能提出了更高的要求，制備精良的導熱高分子材料，提高導熱性能，才能更加拓寬導熱領域的開發與應用。

二、導熱高分子材料的導熱機理

（一）導熱機理基本理論

當一個物理的溫度不均衡時，熱能就會從溫度高的部分向溫度低的部分傳送，但這種傳送不是簡單的從物體的一端向另一端沿著一條直線進行傳送的，而是通過電子、光子或聲子采用擴散的方式進行傳送，最后使整個物體的溫度達到一致，這個過程被稱作熱傳導。在衡量物體導熱性能的物理量計算過程中單位時間里通過垂直于溫度梯度方向的單位面積的熱能與溫度梯度成正比，而熱流與溫度梯度的方向相反，其中電子和聲子傳送熱能的導熱系數不同，通過研究導熱機理基本理論更深入的研究導熱復合材料的導熱性能。

（二）決定導熱高分子材料導熱性能的因素

1.溫度因素

溫度對導熱高分子材料導熱性能的影響是非常復雜的，總體來講是導熱系數隨著溫度的升高而增大，不同材料變化規律之間會相差很多。溫度對非晶聚合物導熱性能的影響呈現出曲線狀態，在高于100K的溫度區域內，導熱系數隨著溫度的升高而增大，在超過一定溫度后，導熱系數會隨著溫度的升高而下降，在更高的溫度時導熱系數與溫度的關系比低溫狀態時表現的要平緩，在5-15K溫度范圍時，導熱系數與溫度無關。溫度對結晶聚合物的導熱性能的影響是導熱系數隨著溫度的升高而增大在達到最大值時然后開始出現逆轉，在低于10K的溫度范圍時，導熱系數開始隨著結晶度的增加而下降。

2.取向因素

高分子材料的拉伸取向對其導熱性能的影響也是很大的，非晶聚合物中包含非晶玻璃聚合物和非晶彈性體，它們在拉伸過程中使分子鏈拉伸取向增多，導熱系數沿拉伸方向的增多而降低。拉伸取向對結晶聚合物導熱性能的影響更加復雜，多年來經過科學家的不斷實驗與研究，實驗結果證明了結晶完整的聚合物導熱性能更強。

3、其他因素

經過不斷的研究與嘗試，人們終于發現高分子材料中的分子結構參數、交聯程度、輻射劑量和流體靜壓力都對導熱性能也存在著一定的影響，導熱系數會隨著分子鏈支鏈的增加而急劇減小，隨著交聯劑用量的增大而增大，隨著輻射劑量的增大結晶度降低熔體導熱系數增大而使聚合物導熱系數減小，而流體靜壓力增強時，高分子聚合物的體積減小從而導熱系數增大。

三、導熱高分子材料研究進展

隨著現代科技和信息產業的快速發展，電子設備逐步實現了數字化、網絡化和多功能化，電子新產品更加超薄輕便，其中使用的導熱高分子材料具有較大的優勢，比如電絕緣性能優異，力學和抗疲勞性能優良，耐化學腐蝕，質量更輕，易加工成型，但是高分子材料導熱率極低影響了它在電子領域的應用與發展，所以不斷地研究開發導熱性能強綜合性能優異的高導電的高分子材料是目前研究的重要方向。本文從導熱高分材料中所占比重最大的導熱塑料，其次還有導熱橡膠和導熱膠黏劑三個方面介紹導熱高分材料研究的進展情況。

（一）導熱塑料

在電磁屏蔽和電子信息領域中廣泛使用的功率管、集成塊、熱管、集成電路和覆銅基板等元器件都是高散熱界面材料及封閉材料，導熱塑料在電器和微電子領域的應用正向著高密度化、高集成化、高功率化和散熱快的方向發展。對導熱塑料的研究經過多個課題組的反復實驗與研究，在導熱理論方面有了一定的突破，導熱絕緣無機填料的類型、晶型、粒徑大小以及分布還有表面物化性能、用量和復合方式都是影響復合材料導熱率的重要因素。。

（二）導熱橡膠

目前導熱橡膠的研究還不夠成熟，在實踐中的應用還比較有限，國外比較先進的技術水平將導熱絕緣橡膠用于汽車、太空軍事用品及電馬達控制和電器、散熱器、電源供應器等。主要是通過填充高導熱性能的填料來制備導熱橡膠，容易加工成本低能夠提供穩定的散熱效果。

（三）導熱膠黏劑

在微電子領域中電子元器件通常都非常輕薄、輕巧和高密度組裝、高頻率工作，對導熱材料的散熱功能要求比較高，目前在這一領域廣泛使用的復合型導熱膠工藝簡便成本低。在半導體管與散熱器的粘合、微包裝中多層板的導熱絕緣和新型高散熱電路方面都需要高性能的導熱絕緣膠黏劑。

四、結語

綜上所述，導熱高分子材料的研究還是一個非常重要的課題，其理論基礎、材料結構、影響導熱因素等還只是局限于實驗模擬，需要科學工作者利用先進的科學技術從制備方法、工藝條件方面進行優化與選擇，開發出綜合性能優良的導熱高分子材料。

[1]周文英，齊暑華，涂春潮.導熱絕緣高分子復合材料研究與進展[J].塑料工業，2005，33（B5）∶99-102.

[2]肖善雄等.導熱高分子復合材料的研究進展[J].廣東化工，2010年第2期第37卷總第202期.

[3]李侃社，王琪.導熱高分子材料研究進展[J].功能材料，2002，33（2）.

[4]杜茂平，魏伯榮.導熱高分子材料的研究新進展[J].塑料工業，2007，35：54-57.

G322

B

1007-6344（2017）01-0249-01

王曉航，1994.9.2，男，江蘇省興化市，高分子材料科學與工程，沈陽理工大學

鄭睿韜，1993.12.27，男，福建省福州市，高分子材料科學與工程，沈陽理工大學

江昕陽，1995.7.22，男，遼寧省撫順市，高分子材料科學與工程，沈陽理工大學