导热塑料填料高导热系数材料

       导热塑料是利用导热填料对高分子基体材料进行均匀填充，以提高其导热性能。导热性能的好坏主要用导热系数(单位：W/m.k)来衡量。如果工程塑料能更好的解决散热问题，在LED、汽车、电子电器、计算机等领域带来更轻、更便宜、更节能的产品组件。

      高分子材料多数为绝热材料，仅靠分子结构本身进行改性来提高导热性难度非常大，高导热填料进行填充改性，如氧化铝、氮化铝、氮化硼、碳化硅等。复合后的材料导热性由高分子本身和高导热填料共同决定，导热填料的导热系数、形状、粒径、用量等因素都会对最终产品的导热性能造成影响。另外，导热填料和基体界面间的相容性较差，填料易在基体中发生团聚，致使分散不均匀，二者的表面张力也存在差异，会使界面间存在气孔，增加材料热阻，因此，需对导热填料表面进行改性。

      为了研究热压过程对导热填料分布的影响，对环氧树脂复合材料的断面进行了SEM拍摄。 FEP是脆性断裂， 而添加了导热填料后的环氧树脂复合材料的断面则相对粗糙, 有很多坑洼处。 没有经过热压的FEP/GBN 5样品的断面,，断面中有许多片状结构和孔洞， 说明导热填料和环氧树脂的结合并不紧密，导致环氧树脂与导热填料之间的界面热阻较大，阻碍了导热介质的传播，在界面处有较大的散射。经过热压后的FEP/GBN 5样品的断面中，几乎不存在孔洞，环氧树脂和导热填料之间的结合更加紧密，说明使用热压的加工方式可以促进环氧树脂对导热填料的浸润，在基体内部形成更完整的导热网络, 降低界面热阻, 提升复合材料的导热能力。

      其导热系数随着导热填料GBN添加量的增加而增加，但是提升的幅度并不大，当添加量为5%时，导热系数为0.593 W/(m K),提升了173.3%. 一方面是因为导热填料添加量较低，导热填料之间不能相互接触，存在大量的空隙，不能形成完整的导热网络，另一方面可能是由于GBN与环氧树脂之间的界面热阻较大，固化过程中，环氧树脂没有完全浸润导热填料，限制了导热系数的提升。当采用热压的加工方式进行制备时，在低添加量下(1%和2%)，环氧树脂复合材料的导热系数与未热压的样品相差不大，而随着添加量的进一步提升，经过热压的样品导热系数则提升更大，FEP/GBN 5热压后样品的导热系数达到了0.931 W/(m K)，相比于纯环氧树脂提升了329.0%。在较低添加量下，导热填料在基体中的分布较为均匀，虽然使用热压的方式进行加工，由于导热网络不完整，也很难进一步提升导热能力。而当添加量进一步提升时，在热压的过程中，导热填料会随着聚合物熔体进行流动形成取向结构，提升传热效率。此外, 在压力的作用下，环氧树脂还可以进一步与导热填料相互接触，提升环氧树脂与导热填料之间的浸润程度, 从而减小界面热阻, 弱化在界面上的散射, 提升导热能力。


审核编辑 黄宇