如何提高聚合物基材料導(dǎo)熱性能？

材料科學(xué)采用的一直都是高分子聚合物，他們絕緣、柔韌、可塑、有適當(dāng)?shù)恼扯?、冷熱循環(huán)穩(wěn)定性好，使用方便等，在許多領(lǐng)域都有應(yīng)用。但在對(duì)導(dǎo)熱性能要求較高的領(lǐng)域，如電子器件熱管理領(lǐng)域，聚合物的大毛病“熱傳導(dǎo)率低”存在很大的改善空間。那么，如何提高聚合物基材料導(dǎo)熱性能？

1.提高聚合物基體的導(dǎo)熱性能

雖然影響聚合物基體導(dǎo)熱性能的因素很多，包括溫度、密度、極性基團(tuán)及其偶極化程度、材料聚集態(tài)結(jié)構(gòu)及分子取向效應(yīng)等，但大量研究發(fā)現(xiàn)，材料結(jié)晶度及分子鏈取向?qū)Σ牧蠠釋?dǎo)率的影響很大。對(duì)于結(jié)晶聚合物，其熱導(dǎo)率主要取決于聚合物的結(jié)晶性和分子鏈取向，即聲子的散射程度。若聚合物鏈結(jié)構(gòu)是有序的，則熱量將沿著分子鏈方向得到快速、有效地傳遞，該方向的導(dǎo)熱性能則遠(yuǎn)優(yōu)于其他方向。

因此為提高聚合物基體的導(dǎo)熱性能，可通過(guò)化學(xué)合成制備具有有序化結(jié)構(gòu)的聚合物并且提高聚合物結(jié)晶度以減少聲子散射。Singh在《自然-納米技術(shù)》上的研究成果稱，他們通過(guò)電聚合過(guò)程使聚合物纖維排成整齊陣列，形成一種新型熱界面材料，導(dǎo)熱性能在原有基礎(chǔ)上提高了20倍。除了拉伸技術(shù)外，超聲場(chǎng)、電磁場(chǎng)等也會(huì)對(duì)聚合物的結(jié)晶性能和結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，從而影響材料的導(dǎo)熱性能。

2.填充高導(dǎo)熱填料

采用高導(dǎo)熱填料是提高聚合物基導(dǎo)熱材料導(dǎo)熱性能最常用的方法之一，這類導(dǎo)熱填料主要包括金屬、無(wú)機(jī)非金屬、纖維等。其中目前常用的絕緣型導(dǎo)熱塑料的填料主要包括：金屬氧化物如BeO、MgO（氧化鎂）、Al2O3（氧化鋁）、ZnO(氧化鋅)、CaO（氧化鈣）、NiO、SiO2(硅微粉）等；金屬氮化物如AlN（氮化鋁）、BN（氮化硼）等；碳化物如SiC等，不僅具有一定的導(dǎo)熱系數(shù)，更為重要的是同金屬粉相比，無(wú)機(jī)非金屬粉體具有優(yōu)異的電絕緣性，因此，它們能保證最終制品具有良好的電絕緣性，這在電子電器工業(yè)中是至關(guān)重要的。出導(dǎo)熱填料的種類外，填料的填充量、填料幾何參數(shù)、填充方式等都會(huì)對(duì)材料熱導(dǎo)率產(chǎn)生很大影響。

3.改善填料與聚合物基體間的界面結(jié)合狀態(tài)

研究表明，當(dāng)填料與聚合物基體熱導(dǎo)率比大于100后，即使再增大填料的熱導(dǎo)率，對(duì)提高材料導(dǎo)熱性能的貢獻(xiàn)也大大減小坦。雖然目前尚不能給出此現(xiàn)象的確切解釋，但初步認(rèn)為填料與基體界面處存在界面相、氣孔等缺陷，界面結(jié)合狀態(tài)不佳。聲子在界面處散射嚴(yán)重，阻礙材料導(dǎo)熱性能的提高。因此改善填料與基體的界面結(jié)合，減少聲子在界面和缺陷處的散射，是提高復(fù)合材料熱導(dǎo)率的另一種重要途徑。

由于基體與填料的物理、化學(xué)性質(zhì)存在很大差異，兩者相互接觸形成的界面較弱，很容易產(chǎn)生缺陷。為改善基體與填料間的界面，最常用的方法包含物理改性法和化學(xué)改性法。

4.選擇合適的材料成型工藝

為了使填料在聚合物基體內(nèi)部形成導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)，獲得具有較高熱導(dǎo)率的導(dǎo)熱材料，還需充分考慮材料的成型加工工藝過(guò)程。   

提高聚合物的“熱傳導(dǎo)率“，可采用以上四點(diǎn)方法，更多關(guān)于聚合物化學(xué)材料的信息，可關(guān)注金戈新材，技術(shù)服務(wù)：0757-87572711。