關(guān)于導熱塑料的幾個(gè)小常識

1導熱塑料的定義

導熱塑料是具有高熱導率【又稱(chēng)導熱系數，單位：W/(m·k)】的一類(lèi)功能性塑料，其主要通過(guò)導熱填料(包括粒子、纖維、層片等)對樹(shù)脂基體材料的均勻填充而制得。

2常見(jiàn)導熱填料的種類(lèi)及熱導率

常見(jiàn)導熱填料包括以下金屬和無(wú)機填料。

(1)金屬粉末填料：銅粉、鋁粉、鐵粉、錫粉、鎳粉等；

(2)金屬氧化物：氧化鋁、氧化鉍、氧化鈹、氧化鎂、氧化鋅；

(3)金屬氮化物：氮化鋁、氮化硼、氮化硅；

(4)無(wú)機非金屬：石墨、碳化硅、碳纖維、碳納米管、石墨烯、碳化鈹等。

常見(jiàn)導熱填料的熱導率如下表所示。

3導熱塑料的分類(lèi)

導熱塑料可分為：導熱導電塑料和導熱絕緣塑料。絕大多數導熱塑料的電絕緣性能，最終是由填料粒子的絕緣性能決定的。

（1）絕緣導熱塑料

絕緣導熱塑料中的導熱填料主要包括：

金屬氧化物如Al2O3、MgO、SiO2；

金屬氮化物如AlN、Si3N4、BN 及SiC 、B4C3等；

由于填料粒子屬于非導電粒子，從而導致塑料絕緣。這一類(lèi)導熱塑料的熱導率并不高。

（2）導電導熱塑料

導電導熱塑料中的導熱填料主要包括金屬粉、纖維、石墨、碳纖維、碳納米管、石墨烯等。

由于這一類(lèi)填料屬于導電粒子，因此其對應的導熱塑料也會(huì )呈現出一定的導電性，其熱導率一般相對較高。

4導熱塑料的導熱機理

導熱塑料的導熱性能取決于樹(shù)脂與導熱填料的相互作用。不同種類(lèi)的填料具有不同的導熱機理。

（1）金屬填料的導熱機理

金屬填料的導熱主要是靠電子運動(dòng)進(jìn)行導熱，電子運動(dòng)的過(guò)程伴隨著(zhù)熱量的傳遞。

（2）非金屬填料的導熱機理

非金屬填料導熱主要依靠聲子導熱，其熱能擴散速率主要取決于鄰近原子或結合基團的振動(dòng)、伸縮或扭轉等。包括金屬氧化物、金屬氮化物以及碳化物。

5影響導熱塑料熱導率的因素

（1）樹(shù)脂基體材料和導熱填料的特性

一般情況下，樹(shù)脂基體材料和導熱填料的熱導率越高，導熱塑料的熱導率越高。

（2）導熱填料的形狀

一般來(lái)說(shuō)，導熱填料越容易形成導熱通路，導熱塑料的導熱性能越好。按形成導熱通路的容易程度，優(yōu)選的填料形狀為晶須或纖維狀，其次為片狀，再次為顆粒狀。

（3）導熱填料的含量

填料在樹(shù)脂基體中的分布情況決定著(zhù)導熱塑料的導熱性能。當填料含量較小時(shí)，起到的導熱效果不明顯；當填料過(guò)多時(shí)，復合材料的力學(xué)性能會(huì )受到較大的影響。而當填料含量增至某一值時(shí)，填料之間相互作用在體系中形成類(lèi)似網(wǎng)狀或者鏈狀的導熱網(wǎng)鏈，當導熱網(wǎng)鏈的方向與熱流方向一致時(shí)，導熱性能最好。因此，導熱填料的含量存在著(zhù)某一臨界值。

（4）導熱填料與樹(shù)脂基體材料界面的結合特性

填料與基體的結合程度越高，導熱性能越好，選用合適的偶聯(lián)劑對填料進(jìn)行表面處理，熱導率可提高10%—20%。

（5）導熱填料之間的復配

不同導熱填料之間有時(shí)可形成互補，如將纖維狀和層狀或顆粒狀的導熱填料復配，層狀或顆粒狀的導熱填料有可能會(huì )彌補纖維狀導熱填料之間的空隙，從而進(jìn)一步完善導熱網(wǎng)鏈，提高熱導率。