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【易研究】两种技术途径 导热塑料产业研究之技术篇

 haosunzhe 2015-05-27

 

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目前有两种方法可以提高塑料导热性能。提高聚合物导热性能的途径有两种:第一,合成具有高导热系数的结构聚合物,如具有良好导热性能的聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯等,主要通过电子导热机制实现导热。第二,通过高导热无机物对聚合物进行填充,制备聚合物∕无机物导热复合材料。由于良好导热性能有机高分子价格昂贵,填充制备导热聚合是目前广泛采用的方法。


可以用作导热粒子的金属和无机填料大体有很多种,包括:铜粉、铝粉、金粉、银粉等金属粉末填料;氧化铝、氧化铋、氧化铍、氧化镁、氧化锌等金属氧化物;氮化铝、氮化硼等金属氮化物;石墨、碳化硅等无机非金属。无机非金属材料作为导热填料填充高分子材料基体时,填充效果的好坏主要取决于聚合物基体的种类特性,填料的形状、粒径、尺寸分布,填料与基体的界面结合特性及两相的相互作用。常采用有一定长径比的颗粒、晶须形成连续的导热网链;或选用不同的粒径的填料组合,达到较高填充致密度;也可以利用偶联剂改善填料与基体的界面,以减少界面处的热阻;而用纳米材料填充塑料提高导热系数是近年来研究的热点。


导热高分子复合材料的导热性能最终取决于填料及其在高分子基体中的分布情况。当填料含量较少时,其对材料导热性能的贡献不大;当填料含量过多时,复合材料的力学性能受到影响。当填料含量增至某一值时,填料之间相互作用并在体系中形成类似网状和链状的导热网链,当导热网链的方向与热流方向一致时,热阻最小、导热性能最好;反之最差。


体系的导热系数不仅取决于填料本身的导热系数,而且还取决于颗粒表面易湿润的程度。这是因为填料表面的润湿程度影响着填料与基体的粘结程度、基体与填料界面的热障、填料的均匀分散、填料的加入量等一些直接影响体系的导热性的因素。因此对填充粒子进行改性有着重要的意义。在导热填料确定之后,决定体系的导热性的另一主要因素就是复合材料的加工工艺方法。加工工艺对复合材料导热性能的影响主要体现在对填料的分散和分布过程的影响。不同的加工方式、加工温度、混合时间以及加工顺序等都会对复 合材料最终性能有着显著的影响。使导热填料在基体中的局部有序排列,可以提高复合材料的导热性能。混合方式影响导热填料在基体中的分散,从而影响导热网路的形成,影响复合材料的导热系数。另外使用一系列粒径不同的粒子,让填料间形成最大的堆砌度,可获得较高的导热性。当用多种粒径导热填料进行填充时,填料的搭配对提高导热性能和降低粘度有显著的影响。


 

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