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塑料助剂
2015年第6期(总第114期)
聚合物导热材料用填料及其表面处理研究进展
方万漂
(中广核俊尔新材料有限公司,温州,325011
摘要介绍了聚合物导热材料的应用背景,并分析了导热填料在聚合物导热材料中的重要作用。
重点从导热填料的分类、导热填料的尺寸与复配、导热填料表面的处理方法等方面综述近几年来聚合物
导热材料的研究开发进展,并对今后研究方向提出建议。
关键词导热塑料导热填料表面处理导热系数
doi:10.3969/j.isa.1672-6294.2015.06.005
Research Progress of Thermal Conductive Fillers and Its Surface Treatment
Fang Wanpiao
Zhejiang Juner New Materials Corp, Wenzhou, 325011)
Abstract: The application fields of thermal conducting polymer composites were introduced, the important
role of thermally conductive filler on the thermal conducting polymer composites was pointed out. The research
progress of the composites were summarized from type, shape, particle size, surface treatment and compound
Finally, the further research trends was suggested also
Key words: hemally conductive polymer; thermal conductive filler surface treatment; thermal conductivity
随着现代工业的不断发展,在实际的生产与热材料作为一种新型的功能高分子材料在导热领
应用中,对使用材料的性能提出越来越高的要求。域展现巨大的应用前景。
导热材料由于具有良好的热交换性能,广泛应用
于航空航天飞行器、电子电器、化工热交换、发光
韆合物及填料的导热性能
极管(LED)等领域。传统的导热材料多采用
聚合物材料绝缘性好,且易于成型加工,然而
Al、Mg、Cu等金属加工而成,金属材料作为导热单纯的聚合物材料是热的不良导体,其导热系数
材料在有腐蚀性的化工行业以及要求绝缘的电器如表1所示。为了拓宽其在导热领域的应用,必
行业并不适合,且成型困难、成本昂贵。聚合物导须对其进行功能化改性
表1一些聚合物的导热系数
Tab. 1 Thermal conductivity of some polymers
聚合物
代号
导热系数
聚合物
导热系数
/W
代号
/W?(m?k
低密度聚乙烯
0.30
聚碳酸酯
0.20
高密度聚乙烯
HDPE
0.44
丙烯腈
烯一苯乙烯
ABS
元共聚物
聚丙烯
PP
0.11
聚瞇醚酮
0.25
聚萃乙烯
0.14
聚亚苯基硫醚
P
0.30
聚甲基丙烯酸甲融
PMMA
0.2
聚亚苳基砜
0.22
尼龙6
PA6
0.25
聚苯砜
OPSU
0.35
尼龙
PA6
0.26
聚氯乙烯
PVC
0.19
聚对苯二甲酸乙二醇酯
PET
0.15
聚偏氟乙烯
PVDF
0.19
聚对苯二甲酸丁二醇酯
PBT
0.29
聚四氟乙烯
0.27
聚酰亚胺
PI
0.11
乙烯和乙酸乙酯共聚物
EVA
0.34
聚二甲基碓氧烷
PDMS
和丙烯共聚物
0.19
收稿日期:2015-06-17
第6期
方万漂.聚合物导热材料用填料及其表面处理研究进展
提高聚合物导热性能的途径主要有两种:一、被聚合物包裹,无法搭接形成有效的导热网链。
合成具有高导热系数的结构聚合物,如具有共轭当填料的添加量达到某一临界值时,填料与填料
结构的聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯等山,或者提高聚之间相互接触,形成导热网链,随着添加量的继续
合物自身的结晶性;二、在聚合物基体中填充高导增加,导热网链相互贯穿,导热性能显著提高。
热性的填料,制备导热复合材料?。第二种方法
Aga模型即以导热网链理论为基础所得到
工艺简单,相对于第一种方法更加容易控制,成本的。将基体与填料分别看作两个热阻。当填充量
较低,在导热领域广泛采用,是目前提高聚合物材较少时,从热流方向看,基体与填料相当于两个串
料导热性能的主要方法。填料主要包括金属填料联的热阻,阻值较大,导热性能也较差;当填充量
和非金属填料,其种类不同,导热系数及适用范围较大时,填料之间相互接触,形成导热网链,此时
也不同,一些用于填充改性的金属及非金属材料基体和填料在热流方向相当于两个并联的热阻,
的导热系数如表2所示。
阻值较小,导热网链能顺利地将热量进行传
表2一些填料的导热系数
导?。Aga应模型图如图1所示。
Tab 2 Thermal conductivity of some fillers
ト↓↓
填料
导热系数
填料
导热系数
填料
/W?(m?k)
/W?(m?k)
聚合物
填料
聚合物
A
417
Beo
219
(a)垂直传导
(b)平行传导
Mgo
图1热流垂直与平行传导示意图
15
Fig 1 Diagram of vertical and parallel conductio
398
AIN
320
A
315
Sic
270
3导热填料的种类
100~400
石墨
腈纶基
金属
(面方向)『碳纤维(轴方向)
聚合物中添加金属粉末是提高材料导热性能
炭黑
6~-174
沥青基
530110
碳纤维
轴方向
的有效方法。在金属晶体中,热传导主要通过内
碳纳米管2000600氮化硼250~300
部大量自由点子的定向移动。常用的金属填料有
氮化铝
200
高导热性的Cu、Al、Ag等
乔梁等对微米铝粉填充环氧树脂的导热
2导热填料与基体间的关系
性能进行研究,研究发现,当铝粉填充体积分数达
到40%时,复合材料的的导热系数发生突变,导
热传导的过程采用扩散的形式,不同的材料热系数为3.5W/(m?k)。Lyt等?使用铜粉填
的导热机理是不同的。固体内部的导热载体分别充低