導(dǎo)熱高分子材料研究進(jìn)展分析

王曉航 鄭睿韜 江昕陽

（沈陽理工大學(xué)）

導(dǎo)熱高分子材料研究進(jìn)展分析

王曉航 鄭睿韜 江昕陽

（沈陽理工大學(xué)）

在高分子材料科學(xué)與工程中導(dǎo)熱高分子材料的理論研究與產(chǎn)品開發(fā)都是非常重要的部分，隨著復(fù)合技術(shù)的引入和實(shí)施，高導(dǎo)熱聚合物本材料和納米復(fù)合材料的研究進(jìn)入一個(gè)嶄新的階段，高分子復(fù)合材料的導(dǎo)熱機(jī)理得到深入的研究同時(shí)在實(shí)踐中的應(yīng)用開發(fā)得到更新的進(jìn)展。建立高分子復(fù)合材料導(dǎo)熱模型，深入研究聚合物基體與導(dǎo)熱填料界面的結(jié)構(gòu)與性能及高分子復(fù)合材料的導(dǎo)熱機(jī)理，不斷探索導(dǎo)熱本體聚合物材料的制備，這些導(dǎo)熱高分子材料的研究為高新技術(shù)的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。。

高分子材料；導(dǎo)熱機(jī)理；研究進(jìn)展

一、引言

目前隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，導(dǎo)熱高分子材料的研究取得了一定的成果，在基本理論方面聚合物導(dǎo)熱的概念、導(dǎo)熱機(jī)理、導(dǎo)熱系數(shù)以及影響其導(dǎo)熱性能的因素都進(jìn)行了深入的研究，并且在導(dǎo)熱高分子復(fù)合材料的選擇以及復(fù)合技術(shù)方面的研究也有了長足的進(jìn)展，從原來的普通金屬材料到現(xiàn)在的高分子復(fù)合材料，提高了導(dǎo)熱材料的抗腐蝕性和導(dǎo)熱性能。導(dǎo)熱材料在采暖工程、電子信息工程等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，其中一些電磁屏蔽、換熱工程、摩擦材料等對材料的導(dǎo)熱性能提出了更高的要求，制備精良的導(dǎo)熱高分子材料，提高導(dǎo)熱性能，才能更加拓寬導(dǎo)熱領(lǐng)域的開發(fā)與應(yīng)用。

二、導(dǎo)熱高分子材料的導(dǎo)熱機(jī)理

（一）導(dǎo)熱機(jī)理基本理論

當(dāng)一個(gè)物理的溫度不均衡時(shí)，熱能就會(huì)從溫度高的部分向溫度低的部分傳送，但這種傳送不是簡單的從物體的一端向另一端沿著一條直線進(jìn)行傳送的，而是通過電子、光子或聲子采用擴(kuò)散的方式進(jìn)行傳送，最后使整個(gè)物體的溫度達(dá)到一致，這個(gè)過程被稱作熱傳導(dǎo)。在衡量物體導(dǎo)熱性能的物理量計(jì)算過程中單位時(shí)間里通過垂直于溫度梯度方向的單位面積的熱能與溫度梯度成正比，而熱流與溫度梯度的方向相反，其中電子和聲子傳送熱能的導(dǎo)熱系數(shù)不同，通過研究導(dǎo)熱機(jī)理基本理論更深入的研究導(dǎo)熱復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能。

（二）決定導(dǎo)熱高分子材料導(dǎo)熱性能的因素

1.溫度因素

溫度對導(dǎo)熱高分子材料導(dǎo)熱性能的影響是非常復(fù)雜的，總體來講是導(dǎo)熱系數(shù)隨著溫度的升高而增大，不同材料變化規(guī)律之間會(huì)相差很多。溫度對非晶聚合物導(dǎo)熱性能的影響呈現(xiàn)出曲線狀態(tài)，在高于100K的溫度區(qū)域內(nèi)，導(dǎo)熱系數(shù)隨著溫度的升高而增大，在超過一定溫度后，導(dǎo)熱系數(shù)會(huì)隨著溫度的升高而下降，在更高的溫度時(shí)導(dǎo)熱系數(shù)與溫度的關(guān)系比低溫狀態(tài)時(shí)表現(xiàn)的要平緩，在5-15K溫度范圍時(shí)，導(dǎo)熱系數(shù)與溫度無關(guān)。溫度對結(jié)晶聚合物的導(dǎo)熱性能的影響是導(dǎo)熱系數(shù)隨著溫度的升高而增大在達(dá)到最大值時(shí)然后開始出現(xiàn)逆轉(zhuǎn)，在低于10K的溫度范圍時(shí)，導(dǎo)熱系數(shù)開始隨著結(jié)晶度的增加而下降。

2.取向因素

高分子材料的拉伸取向?qū)ζ鋵?dǎo)熱性能的影響也是很大的，非晶聚合物中包含非晶玻璃聚合物和非晶彈性體，它們在拉伸過程中使分子鏈拉伸取向增多，導(dǎo)熱系數(shù)沿拉伸方向的增多而降低。拉伸取向?qū)Y(jié)晶聚合物導(dǎo)熱性能的影響更加復(fù)雜，多年來經(jīng)過科學(xué)家的不斷實(shí)驗(yàn)與研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了結(jié)晶完整的聚合物導(dǎo)熱性能更強(qiáng)。

3、其他因素

經(jīng)過不斷的研究與嘗試，人們終于發(fā)現(xiàn)高分子材料中的分子結(jié)構(gòu)參數(shù)、交聯(lián)程度、輻射劑量和流體靜壓力都對導(dǎo)熱性能也存在著一定的影響，導(dǎo)熱系數(shù)會(huì)隨著分子鏈支鏈的增加而急劇減小，隨著交聯(lián)劑用量的增大而增大，隨著輻射劑量的增大結(jié)晶度降低熔體導(dǎo)熱系數(shù)增大而使聚合物導(dǎo)熱系數(shù)減小，而流體靜壓力增強(qiáng)時(shí)，高分子聚合物的體積減小從而導(dǎo)熱系數(shù)增大。

三、導(dǎo)熱高分子材料研究進(jìn)展

隨著現(xiàn)代科技和信息產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，電子設(shè)備逐步實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和多功能化，電子新產(chǎn)品更加超薄輕便，其中使用的導(dǎo)熱高分子材料具有較大的優(yōu)勢，比如電絕緣性能優(yōu)異，力學(xué)和抗疲勞性能優(yōu)良，耐化學(xué)腐蝕，質(zhì)量更輕，易加工成型，但是高分子材料導(dǎo)熱率極低影響了它在電子領(lǐng)域的應(yīng)用與發(fā)展，所以不斷地研究開發(fā)導(dǎo)熱性能強(qiáng)綜合性能優(yōu)異的高導(dǎo)電的高分子材料是目前研究的重要方向。本文從導(dǎo)熱高分材料中所占比重最大的導(dǎo)熱塑料，其次還有導(dǎo)熱橡膠和導(dǎo)熱膠黏劑三個(gè)方面介紹導(dǎo)熱高分材料研究的進(jìn)展情況。

（一）導(dǎo)熱塑料

在電磁屏蔽和電子信息領(lǐng)域中廣泛使用的功率管、集成塊、熱管、集成電路和覆銅基板等元器件都是高散熱界面材料及封閉材料，導(dǎo)熱塑料在電器和微電子領(lǐng)域的應(yīng)用正向著高密度化、高集成化、高功率化和散熱快的方向發(fā)展。對導(dǎo)熱塑料的研究經(jīng)過多個(gè)課題組的反復(fù)實(shí)驗(yàn)與研究，在導(dǎo)熱理論方面有了一定的突破，導(dǎo)熱絕緣無機(jī)填料的類型、晶型、粒徑大小以及分布還有表面物化性能、用量和復(fù)合方式都是影響復(fù)合材料導(dǎo)熱率的重要因素。。

（二）導(dǎo)熱橡膠

目前導(dǎo)熱橡膠的研究還不夠成熟，在實(shí)踐中的應(yīng)用還比較有限，國外比較先進(jìn)的技術(shù)水平將導(dǎo)熱絕緣橡膠用于汽車、太空軍事用品及電馬達(dá)控制和電器、散熱器、電源供應(yīng)器等。主要是通過填充高導(dǎo)熱性能的填料來制備導(dǎo)熱橡膠，容易加工成本低能夠提供穩(wěn)定的散熱效果。

（三）導(dǎo)熱膠黏劑

在微電子領(lǐng)域中電子元器件通常都非常輕薄、輕巧和高密度組裝、高頻率工作，對導(dǎo)熱材料的散熱功能要求比較高，目前在這一領(lǐng)域廣泛使用的復(fù)合型導(dǎo)熱膠工藝簡便成本低。在半導(dǎo)體管與散熱器的粘合、微包裝中多層板的導(dǎo)熱絕緣和新型高散熱電路方面都需要高性能的導(dǎo)熱絕緣膠黏劑。

四、結(jié)語

綜上所述，導(dǎo)熱高分子材料的研究還是一個(gè)非常重要的課題，其理論基礎(chǔ)、材料結(jié)構(gòu)、影響導(dǎo)熱因素等還只是局限于實(shí)驗(yàn)?zāi)M，需要科學(xué)工作者利用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)從制備方法、工藝條件方面進(jìn)行優(yōu)化與選擇，開發(fā)出綜合性能優(yōu)良的導(dǎo)熱高分子材料。

[1]周文英，齊暑華，涂春潮.導(dǎo)熱絕緣高分子復(fù)合材料研究與進(jìn)展[J].塑料工業(yè)，2005，33（B5）∶99-102.

[2]肖善雄等.導(dǎo)熱高分子復(fù)合材料的研究進(jìn)展[J].廣東化工，2010年第2期第37卷總第202期.

[3]李侃社，王琪.導(dǎo)熱高分子材料研究進(jìn)展[J].功能材料，2002，33（2）.

[4]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)，2007，35：54-57.

G322

B

1007-6344（2017）01-0249-01

王曉航，1994.9.2，男，江蘇省興化市，高分子材料科學(xué)與工程，沈陽理工大學(xué)

鄭睿韜，1993.12.27，男，福建省福州市，高分子材料科學(xué)與工程，沈陽理工大學(xué)

江昕陽，1995.7.22，男，遼寧省撫順市，高分子材料科學(xué)與工程，沈陽理工大學(xué)