導(dǎo)熱塑料的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

在生產(chǎn)制造業(yè)中，常會(huì)用到與散熱相關(guān)的材料。導(dǎo)熱散熱材料的范圍其實(shí)很寬，它包含有金屬、硅脂、塑料等固體、液體、氣體不同介質(zhì)，其中塑料類導(dǎo)熱材料主要為高分子導(dǎo)熱塑料。高分子導(dǎo)熱材料目前已形成比較完備的分類如: 導(dǎo)熱橡膠、導(dǎo)熱塑料、導(dǎo)熱膠粘劑等。在塑料工業(yè)中，導(dǎo)熱塑料可以替代金屬材料用于制造與電子元器件相接觸的零部件，可以為電子元器件提供良好的散熱及絕緣功能。

導(dǎo)熱塑料作為一種全新的材料，已經(jīng)開(kāi)始在市場(chǎng)上得到廣泛應(yīng)用，其導(dǎo)熱性能可以代替部分以鋁材加工而成的散熱器、外殼等，其特點(diǎn)為比重輕，易成型，成本低。具有塑料優(yōu)異的成型加工條件，同時(shí)導(dǎo)熱塑料具有更低的密度，更低的成本，可以替代金屬應(yīng)用于多種應(yīng)用場(chǎng)合下的散熱部件，引領(lǐng)著散熱部件向更輕量化、更環(huán)保邁進(jìn)。

導(dǎo)熱塑料分為兩大類，導(dǎo)熱導(dǎo)電塑料和導(dǎo)熱絕緣塑料。

    導(dǎo)熱絕緣型塑料又分為：一般將導(dǎo)熱系數(shù)高于1 W/m*K的塑料稱為導(dǎo)熱塑料；將5-10 W/m*K的稱為高導(dǎo)熱塑料；將高于10 W/m*K的稱為超高導(dǎo)熱塑料，簡(jiǎn)稱超導(dǎo)塑料。

金屬填料的導(dǎo)熱機(jī)理

   金屬填料的導(dǎo)熱主要是靠電子運(yùn)動(dòng)進(jìn)行導(dǎo)熱，電子運(yùn)動(dòng)的過(guò)程伴隨著熱量的傳遞。

非金屬填料的導(dǎo)熱機(jī)理

   非金屬填料導(dǎo)熱主要依靠聲子導(dǎo)熱，其熱能擴(kuò)散速率主要取決于鄰近原子或結(jié)合基團(tuán)的振動(dòng)。包括金屬氧化物、金屬氮化物以及碳化物。

   可以應(yīng)用于導(dǎo)熱塑料的基材有：PP、PC、PA、PPs、PEEK、LCP等。典型的熱傳導(dǎo)系數(shù)在1—20W/m*K. 這一數(shù)值大約是傳統(tǒng)塑料的5-100倍。PP在未經(jīng)改性之前，傳導(dǎo)系數(shù)通常在0.2 W/m*K。

   導(dǎo)熱塑料因其具有較高的耐屈撓性和拉伸剛度，可主要用于代替一些對(duì)制件尺寸有嚴(yán)格要求的電子組件、光學(xué)組件、機(jī)械組件和醫(yī)用組件的金屬或陶瓷制件。把塑料成型的簡(jiǎn)易性與優(yōu)異的熱傳導(dǎo)性相結(jié)合，可以通過(guò)注射成型實(shí)現(xiàn)某些金屬或陶瓷一樣的熱傳遞能力。同時(shí)，這一新型材料可以為設(shè)計(jì)師提供更多的設(shè)計(jì)自由度，而且制件的重量只有鋁制品的一半。利用導(dǎo)熱塑料加工可縮短成型周期20%- 50%。

與鋁材等金屬材質(zhì)相比，其優(yōu)點(diǎn)在于:

1、 綠色環(huán)保:符合 RoHs 認(rèn)證；相對(duì)金屬更低的浪費(fèi)

2、 安全:電絕緣性；防止電擊；低產(chǎn)品安全認(rèn)證成本

3、設(shè)計(jì)自由:重量較金屬輕視40%；設(shè)計(jì)靈活度高；表面較金屬可更美觀；優(yōu)異的體積和快速的生產(chǎn)周期

4、阻燃級(jí)：阻燃通常可達(dá)UL94-V0級(jí)

5、機(jī)械性能：低CTE提高尺寸穩(wěn)定性，降低尺寸收縮率；

6、應(yīng)用領(lǐng)域：LED散熱器、變壓器線骨圈、汽車照明零部件等電子領(lǐng)域；

用好的導(dǎo)熱塑料取代鋁合金，還具有以下技術(shù)優(yōu)勢(shì):

1、導(dǎo)熱塑料絕緣耐高壓，能有效避免用鋁合金作為散熱體所需要做的大量而昂貴的，符合安規(guī)標(biāo)準(zhǔn)的安全電源。

2、導(dǎo)熱塑料材質(zhì)能采用多種最新的電源設(shè)計(jì)方案：非隔離電源(提升LED燈的功率因素和電源效率)；交流直接芯片驅(qū)動(dòng)(無(wú)需電器元器件而直接采用IC進(jìn)行LED燈驅(qū)動(dòng)，大幅提升LED整燈壽命)；高壓燈珠方案(減少低流量，大幅降低LED整燈價(jià)格)

由于鋁合金非絕緣的特性，這些最新、效率最高、成本最低的LED方案，都無(wú)法在鋁合金散熱的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)。

目前市場(chǎng)應(yīng)用中，最常見(jiàn)為導(dǎo)熱塑料PA及普通塑料PBT兩種作為LED室內(nèi)散熱器替代金屬鋁材的重要塑料材質(zhì)。

那么，鋁材、導(dǎo)熱尼龍與PBT三者相比，性能如何?

LED的散熱問(wèn)題一直是掣肘LED發(fā)展的最關(guān)鍵問(wèn) 題，因?yàn)?/span>LED光電轉(zhuǎn)換效率大約只有 20% ~ 30%，大約70% ~ 80%的電能主要以非輻射復(fù)合發(fā)生的點(diǎn)振動(dòng)的形式轉(zhuǎn)化為熱能；

發(fā)展的必然性:傳統(tǒng)的銅、鋁等材質(zhì)在導(dǎo)熱效果、重量、安全性、低碳環(huán)保等方面都面臨嚴(yán)峻考驗(yàn)，高性能散熱材料市場(chǎng)需求將激增。

性能優(yōu)勢(shì)對(duì)比

使用遮光 PBT 生產(chǎn)常見(jiàn)問(wèn)題

溢料飛邊、氣泡、縮痕、熔接痕、燒焦及黑紋、銀絲及 斑紋、表面劃痕、表面霧狀及花紋、雜質(zhì)、光澤不良、龜裂 泛白、脆裂、分層剝離、翹曲變形、脫模不良、模具嚴(yán)重腐蝕。二次使用物性降解高達(dá)50%。

PBT性能缺點(diǎn)

(1) 結(jié)晶收縮率大，尺寸穩(wěn)定性差。容易發(fā)生翹曲，同時(shí)使無(wú)缺口沖擊強(qiáng)度下降；

(2) 對(duì)缺口敏感。由于PBT存在著這兩個(gè)突出缺點(diǎn)，因而限制了它的應(yīng)用。

另PBT基礎(chǔ)樹(shù)脂不具備防火阻燃性能，很多商家為了降低材料成本，常不添加阻燃劑，一些逐利廠家盲目追求低價(jià)，只要價(jià)格便宜便忽略防火問(wèn)題。這一現(xiàn)象將產(chǎn)生重大隱患，大量非合格產(chǎn)品流入市面。

近年導(dǎo)熱塑料研究、應(yīng)用技術(shù)的重要進(jìn)展之一，是將它即保留原有的絕緣性、耐熱性、又新賦予其高導(dǎo)熱性的功能。國(guó)外對(duì)導(dǎo)熱高分子材料的研究大約起源于20世紀(jì)80年代(國(guó)內(nèi)從 20 世紀(jì)末才開(kāi)始有零星相關(guān)研究報(bào)道)，20世紀(jì)90年代以來(lái)，世界上建立導(dǎo)熱高分子復(fù)合材料熱導(dǎo)系數(shù)推測(cè)的數(shù)學(xué)模型研究工作，取得一定進(jìn)展，從而推動(dòng)了導(dǎo)熱性高分子材料制造技術(shù)與應(yīng)用的發(fā)展。

由于高分子基體材料中基本上沒(méi)有熱傳遞所需要的均一致密的有序晶體結(jié)構(gòu)或載荷子。因此導(dǎo)熱性能相對(duì)較差。為了提高材料的導(dǎo)熱性，可以通過(guò)兩種途徑來(lái)解決：1、是制備結(jié)構(gòu)型導(dǎo)熱高分子材料；2、是通過(guò)向基體材料中添加導(dǎo)熱填料的方法來(lái)制備導(dǎo)熱高分子材料。對(duì)此，金戈新材可提供0.6~1.0W/m*K導(dǎo)熱塑料用填充劑（GD-P系列導(dǎo)熱劑）。

作為導(dǎo)熱填料來(lái)講，無(wú)論以粒狀、片狀還是纖維狀的形式存在，導(dǎo)熱性能都需高于基體本身的性能。當(dāng)導(dǎo)熱填料的填充量很小時(shí)，導(dǎo)熱填料之間不能形成真正的接觸和相互作用，這對(duì)高分子材料導(dǎo)熱性能的提高幾乎沒(méi)有意義。只有當(dāng)高分子基體中，導(dǎo)熱填料的填充達(dá)到某一臨界值時(shí)，導(dǎo)熱填料之間才有真正意義上的相互作用，體系中才能形成類似網(wǎng)狀或鏈狀的形態(tài)即導(dǎo)熱通路。當(dāng)導(dǎo)熱通路的取向與熱流方向一致時(shí)，導(dǎo)熱性能提高很快。

導(dǎo)熱塑料在諸多領(lǐng)域都有著重要的應(yīng)用價(jià)值。導(dǎo)熱塑料的高強(qiáng)度，重量比，易成型及耐腐蝕性目前雖然已經(jīng)在很多領(lǐng)域取代了金屬，但金屬仍然在導(dǎo)熱領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)地位。也許有一天，通過(guò)技術(shù)研究的不斷突破，實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)塑料的量產(chǎn)穩(wěn)定性，您家中的暖氣片、空調(diào)散熱機(jī)、冰箱散熱器、電視、電腦散熱器，甚至熱水管都會(huì)被導(dǎo)熱塑料取而代之。

盡管導(dǎo)熱塑料在市場(chǎng)中還未成為主流，但已有了長(zhǎng)足的發(fā)展。許多特殊導(dǎo)熱場(chǎng)合希望其導(dǎo)熱材料具有優(yōu)良的綜合性能，如質(zhì)輕、耐化學(xué)腐蝕性強(qiáng)、電絕緣性優(yōu)異、耐沖擊、加工成型簡(jiǎn)便等，而這些是傳統(tǒng)的金屬和金屬氧化物以及其他非金屬材料無(wú)法達(dá)到的。隨著科技的不斷進(jìn)步，人們對(duì)綠色能源材料的關(guān)注度也在不斷提高。環(huán)保、輕量化將成為趨勢(shì)。導(dǎo)熱塑料也必將在未來(lái)某些領(lǐng)域起到不可替代的作用。

其實(shí)導(dǎo)熱性能最好最佳的材料不一定就是最好的導(dǎo)熱材料。我們應(yīng)該要把產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、散熱要求、產(chǎn)品性能要求等等納入導(dǎo)熱材料選擇的范疇中。因?yàn)椴恍枳詈玫膶?dǎo)熱材料，只需最適合產(chǎn)品的導(dǎo)熱材料。

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