一篇让你彻底了解绝缘导热填料耐高温复合材料改性处理原理

当导热填料的填充量很小时 , 导热填料之间不能形成真正的接触和相互作用 , 这对高分子材料导热性能的提高几乎没有意义。只有在高分子基体中 , 导热填料的填充量达到某一临界值时 , 导热填料之间才有真正意义上的相互作用 , 体系中才能形成类似网状或链状的形态 ———即导热网链。

导热绝缘高分子复合材料中填料颗粒大小 , 填料形状 , 填料表面特征

导热填料表面经偶联剂或表面处理剂处理后 ,可以提高导热填料与基体之间的相容性 , 从而提高基体材料的导热性能且不显著降低其力学性能。导热填料经超细微化处理可以有效提高其自身的导热性能 ; 同时使用一系列粒径不同的粒子 , 让填料间形成最大的堆砌度 , 可以提高复合材料的导热性能。在材料的导热过程中 , 关键是要形成导热网链。

当导热绝缘高分子复合材料的添加量继续增加，达到逾渗值以上时，填料之间就会相互接触，产生相互作用，形成导热网链。当导热网链的取向与热流方向平行时，复合材料的导热性能就会显著提高;如果在热流方向上未形成导热网链，则会造成很大的热阻，导致导热系数较低。因此，如何在体系中形成最大程度的导热网链，是获得高导热系数的关键。

当导热绝缘高分子复合材料的添加量达到一定值时，颗粒之间才能相互接触，形成导热通路，聚合物由热的不良导体向热的良性导体转变，这种转变即是“逾渗”。当填料的填充量较低时，填料在基体中是孤立的，彼此之间接触很少，也没有相互作用，不能在基体中形成导热通路，对提高复合材料导热性能的贡献不大。

填料的种类不同，导热能力也不同。金属填料主要通过电子导热，固有热导率较高，而非金属填料主要依靠声子进行热传导，其热能扩散速率主要取决于邻近原子或结合基团的振动，其固有导热率较低

填充量相同时，大粒径填料填充的复合材料的导热率比小粒径填充的复合材料的导热率高，这是因为大颗粒之间的界面接触较少，界面热阻较低。然而，粒径也不能过大，否则，填料之间不能形成密堆积，不利于导热通路的形成。目前，行业上多采用不同粒径的填料搭配使用，以获得较高的导热率

Al 2 O 3 的表面处理及粒子尺寸对丁苯橡胶 (SBR) 导热橡胶性能的影响 ; 结果表明 , 随着微米 Al 2 O 3 填充份数的增加 ,SBR 的导热系数增大 , 但其加工性能和物理力学性能下降 ;用硅烷偶联剂和钛酸脂偶联剂处理后的微米Al 2 O 3 填充剂对导热橡胶的导热性能的影响不显著 ; 在相同填充量下 , 采用纳米 Al 2 O 3 填充比用微米 Al 2 O 3 填充的导热橡胶具有更好的导热性能和物理力学性能。

作为电子热界面和热封装材料的导热绝缘高分子复合材料具有极其广阔的应用前景。然而 , 与其他导热材料相比 , 现在的导热绝缘高分子复合材料普遍具有导热率低的缺点。因此 , 使用新型导热填料 , 合适填料的粒径和比例 , 填料表面特性 , 新型复合技术 , 将是导热绝缘高分子复合材料的发展方向 ; 尤其是利用纳米复合技术来大幅度提高热导率、抗热疲劳性 , 这将使导热绝缘复合材料的性能得到质的飞跃。  绝缘导热耐高温填料复合材料不仅广泛用于电子设备的散热。

审核编辑 黄昊宇