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导热塑料填料种类有哪些?其效果影响因素又有哪些?

发布日期:2024-06-11阅读量:467
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  • 导热塑料填料种类有哪些?其效果影响因素又有哪些?

    导热塑料是指具有较高导热系数的树脂材料或树脂复合材料。在一些易被腐蚀的工作环境中,导热塑料具有金属材料不可比拟的工作寿命。

     

    但是树脂材料本身的导热性并不理想,需要在其中添加高导热填料来改善材料的导热系数。20世纪末,国外专家常通过在树脂中添加金属粉末来提高材料的导热系数。

    应用于填充型导热塑料的导热填料按照其导电性可分为绝缘导热填料及非绝缘导热填料。其中,绝缘导热填料主要包括氧化物、氮化物和碳化物填料;而非绝缘导热填料主要包括各类金属粉末及石墨、炭黑等。

     

     

    填料种类

     

    1.氮化物

     

    氮化物通常具有导热系数高、耐高温、电绝缘性能好等优点,可在不降低材料电绝缘性能的情况下提高塑料的导热系数,但其缺点是价格偏高,限制了它在塑料中的广泛应用。被用做导热填料的氮化物主要有氮化硼(BN)、氮化硅(Si3N4)以及氮化铝(AlN)等,它们的导热系数可达200~300 W/(m·K)。

     

    2.碳化物

     

    碳化硅可分为六方晶系(α-SiC)和立方晶系(β-SiC),其导热系数为80~120 W/(m·K),是性能优良的导热填料,同时还具有耐高温、高模量、抗氧化性好等优点,被应用于微电子封装材料中。碳化硼(B4C)也是一种耐高温材料,具有极高的硬度与导热系数,但昂贵的价格导致其在导热塑料中的应用较少。

     

    3.氧化物

     

    氧化物填料主要包括氧化铝(Al2O3)、氧化锌(ZnO)及氧化镁(MgO)等,虽然它们的导热系数不如氮化物与碳化物的高,一般在30~50 W/(m·K)之间,但也远高于聚合物基体,并且电绝缘性能优良,特别是其来源广泛,价格低廉,具有市场竞争力,是制备绝缘导热塑料的常用填料。

     

    4.金属粉末

     

    通常金属粉末都具有极高的导热系数,可达100~400W/(m·K),是良好的导热填料,但由于金属系填料的传热方式为电子导热,电绝缘性能差,因而限制了其在电绝缘性要求严格的电子工业领域中的应用。

     

    5.新型碳材料

     

    石墨、碳纳米管、金刚石等新型碳材料也具有极高的导热系数,碳纳米管与金刚石的导热系数可达1000W/(m·K)以上,但由于其成本极其昂贵,还未被大规模使用,并且碳系填料的加入通常会使制品的颜色变黑,在浅色制品应用中会受到限制。

     

    导热效果影响因素分析

     

    填料填充量的影响

     

    导热填料的填充量与复合材料的导热性密切相关。当填料含量较低时,无法形成有效的导热网络,对材料导热性的改善效果不明显。随着填料含量的增加,材料内部开始形成并完善导热网络,从而大幅提高材料的导热系数。

     

    填料形状尺寸的影响

     

    导热填料的形状影响导热网络的形成,从而影响材料的导热性。当只有单一填料时,提高填料的长径比可以促进填料之间的相互接触,有利于形成连续的导热网络。此外,按一定比例同时添加长径比大的和长径比小的导热填料比单一填料更能提高复合材料的导热系数;向大粒径填料中复配少量小粒径同种或异种填料也可以较好地提高复合材料的导热系数。

     

    导热填料表面处理

     

    导热填料与树脂基体间的界面相容性很差,这不仅影响材料的导热性能,还影响材料的力学性能。用偶联剂处理不仅可以有效地去除两者间的界面缺陷,还可以改善填料的分布状况,从而提高材料的导热系数和力学性能。但是,过量的偶联剂也会在导热填料和树脂基体间形成“壁垒”,阻碍热量传递,从而降低材料的导热系数。

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