基于導(dǎo)熱高分子材料的研究與應(yīng)用分析

王燕

摘 要：隨著工業(yè)生產(chǎn)與科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對導(dǎo)熱材料的要求也隨之增高。為了滿足這種社會(huì)需求，對導(dǎo)熱高分子材料的研究在不斷深入，同時(shí)，導(dǎo)熱高分子材料在各行業(yè)中得到了應(yīng)用和發(fā)展。目前，應(yīng)用和研究最為廣泛的是添加型導(dǎo)熱高分子材料，它具有制作工藝相對簡單以及成本較低的特性，受到各個(gè)領(lǐng)域的關(guān)注，下面將對此材料進(jìn)行討論。

關(guān)鍵詞：導(dǎo)熱高分子材料；研究；應(yīng)用

一、導(dǎo)熱高分子材料的技術(shù)研究

1.導(dǎo)熱高分子材料的導(dǎo)熱機(jī)理。在高分子基體和導(dǎo)熱填料的相互作用下，導(dǎo)熱高分子材料才能體現(xiàn)出優(yōu)良的導(dǎo)熱性能。導(dǎo)熱填料在導(dǎo)熱高分子材料中起著重要的作用，要達(dá)到高分子材料的導(dǎo)熱性能需要在高分子基體中加入一定量的量，使填料之間能夠進(jìn)行充分的接觸并產(chǎn)生相互作用，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生一種類似網(wǎng)狀或鏈狀的導(dǎo)熱網(wǎng)鏈，從而實(shí)現(xiàn)高分子材料優(yōu)良的導(dǎo)熱性能。

2.導(dǎo)熱高分子材料的導(dǎo)熱理論模型。曾經(jīng)有眾多研究者關(guān)于填充型導(dǎo)熱高分子材料的導(dǎo)熱率提出采用各種不同的模型進(jìn)行研究并做出預(yù)測。但是，理論模型研究的填充量都比較小，通常填充體積在10%～30%，而對高填充量以及超高填充量的情況就甚少提到。之后，由Agar提出了一種理論模型，是一種比較適用于高分子材料的高填充量和超高填充量的理論模型。該理論模型指出：在聚合物中若所有的填充粒子匯聚成的傳導(dǎo)塊和聚合物傳導(dǎo)塊的熱流方向保持平行的狀態(tài)，就會(huì)體現(xiàn)出較強(qiáng)的導(dǎo)熱性能；若是兩者的熱流方向處于垂直狀態(tài)時(shí)，則會(huì)體現(xiàn)出相反的結(jié)果。因此得出下面的理論等式：

lgλ1=VfC2lgλ3+（1-Vf）lg（C1λ2）

備注：λ1——高分子復(fù)合材料的熱導(dǎo)率，W/（m·K）；

Vf——高分子材料中填料的體積分?jǐn)?shù)，%；

C2——填料形成導(dǎo)熱鏈的自由因子；

λ2——聚合物的熱導(dǎo)率，W/（m·K）；

λ3——復(fù)合材料中填料的導(dǎo)熱率，W/（m·K）；

C1——影響聚合物結(jié)晶度和尺寸的因子。

在導(dǎo)熱高分子材料的深入研究中，高分子材料中所添加的填料有單一的種類向多種類發(fā)展，原有的理論模型已經(jīng)不適用于這種預(yù)測。因此，Agar等人又研制出了一種適用于多項(xiàng)體系聚合物的理論模型，并做出相應(yīng)的計(jì)算公式：

lgλ1=Vf（X2C2lgλ3+X3C3lgλ4+…）+（1-Vf）lg（C1λ2）

備注：λ2——聚合物的熱導(dǎo)率，W/（m·K）；

λ3、λ4——填料粒子的導(dǎo)熱率，W/（m·K）

Vf——高分子材料中填料的體積分?jǐn)?shù)，%；

λ1——高分子復(fù)合材料的熱導(dǎo)率，W/（m·K）；

X2、X3——在聚合物中填料中各種粒子占混合粒子的統(tǒng)計(jì)分?jǐn)?shù)。

Privalko等人則表示先前的模型中都是在兩相界面無限薄的情景中進(jìn)行假設(shè)的，而忽略了兩相界面去對導(dǎo)熱性能的影響。在實(shí)際運(yùn)用中，填料量的不斷增加，兩相界面會(huì)出現(xiàn)一種互穿網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，而導(dǎo)致預(yù)測結(jié)果的偏差。由于此項(xiàng)原因，他提出了一種計(jì)算機(jī)模型，該模型運(yùn)用了逾滲模型和等價(jià)元素模型，實(shí)現(xiàn)了很好的預(yù)測。

二、導(dǎo)熱高分子材料的運(yùn)用

1.硅橡膠復(fù)合導(dǎo)熱材料。導(dǎo)熱對硅橡膠材料的導(dǎo)熱性能是由硅橡膠基體、導(dǎo)熱填料以及其加工工藝三個(gè)因素共同決定的，其中填料因素的導(dǎo)熱性能和其在硅橡膠基體中的分散情況對整個(gè)硅橡膠材料的導(dǎo)熱性能有著很大的影響。硅橡膠具有較好的絕緣和減震性能，其導(dǎo)熱性能很差，只能達(dá)到0.2W/(m·K)左右的導(dǎo)熱率。因此，此材料的導(dǎo)熱性能中填料起到了決定性作用。但是在填料的使用過程中要注意填料的用量和填料粒子的分布情況。因此，在此方面的應(yīng)用和研究主要是對填料的表面處理和改性還有填料粒徑的分布。現(xiàn)使用新型的導(dǎo)熱填料結(jié)合新型的填料復(fù)合技術(shù)來提高導(dǎo)熱高分子材料的導(dǎo)熱性能。如朱毅把銅粉經(jīng)過抗氧化和抗團(tuán)簇的預(yù)處理后，作為填料加入到硅膠材料基體中，經(jīng)過加工工藝得到導(dǎo)熱率為1.6～1.7W／ （m·K）的導(dǎo)熱高分子材料，能很好地滿足計(jì)算機(jī)和電源供應(yīng)的需求。

2.聚乙烯（PE）復(fù)合導(dǎo)熱材料。聚乙烯具有較強(qiáng)的綜合性能且成本較低，是一種應(yīng)用最為廣泛的塑料產(chǎn)品。近年來，由于線性低密度的聚乙烯的導(dǎo)熱性能較好以及其較強(qiáng)的物理性能而受到廣泛的應(yīng)用。聚乙烯復(fù)合導(dǎo)熱材料通常用在注塑、擠塑、吹塑、涂覆、熱成型、熱焊接等熱塑性成型工藝中。

在現(xiàn)代的生產(chǎn)應(yīng)用中，導(dǎo)熱高分子復(fù)合材料主要是用在太陽能熱水器、導(dǎo)熱管等器件中。同時(shí)在電子電器行業(yè)和化工生產(chǎn)行業(yè)中也起到了重要的作用。隨著導(dǎo)熱高分子材料研究的不斷深入以及具有的優(yōu)良特性，在未來的發(fā)展中將在更廣泛的領(lǐng)域得到應(yīng)用和發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

杜茂平,魏伯榮.導(dǎo)熱高分子材料的研究新進(jìn)展[J].塑料工業(yè)，2007（S1）.