導(dǎo)熱高分子材料的研究與應(yīng)用

劉馳

摘 要 隨著科技的高速發(fā)展，導(dǎo)熱高分子材料應(yīng)用越來越廣泛，同時，其性能和產(chǎn)量也在不斷提升。導(dǎo)熱高分子材料自身優(yōu)異性能，有效解決了微型電子設(shè)備的散熱問題，在很大程度上提高了電子元器件的使用壽命。本文分析了導(dǎo)熱高分子材料的導(dǎo)熱機理以及材料主要類型，并提出導(dǎo)熱高分子材料的性能強化措施，為今后導(dǎo)熱高分子材料更廣泛的應(yīng)用提供參考建議。

關(guān)鍵詞 導(dǎo)熱高分子材料;導(dǎo)熱機理;性能

引言

導(dǎo)熱高分子材料晶體排布方式特殊，通過晶體振動可以提高熱量傳導(dǎo)效果，有效彌補金屬導(dǎo)體對電子運動影響程度大及非晶體導(dǎo)體導(dǎo)熱方向不穩(wěn)的缺陷。加強對導(dǎo)熱高分子材料的研究與應(yīng)用情況分析，有利于進一步明確材料的導(dǎo)熱優(yōu)勢，促進導(dǎo)熱高分子領(lǐng)域的發(fā)展。

1 高分子材料的導(dǎo)熱機理

熱傳導(dǎo)就是同一個物體因為不同部位存在溫度差，就是出現(xiàn)高溫向低溫傳送的現(xiàn)象，傳送方式有電子傳送、光子傳送以及聲子擴散，直至物體溫度差消除。不同材料的導(dǎo)熱性能有很大的差異，導(dǎo)熱高分子材料就是指利用自身排列合理的晶體，通過晶粒熱振動，有效地把設(shè)備里面的熱量傳導(dǎo)出去。如果選用金屬物質(zhì)作為導(dǎo)體，在導(dǎo)熱的過程中就會影響自由電子的運動，最大程度上促進設(shè)備熱量有效導(dǎo)出。對于具有非晶體導(dǎo)熱機理的材料，由于其晶粒分布和排列不規(guī)則，在正式運行過程中會產(chǎn)生熱振動位置不固定，容易出現(xiàn)熱量向相鄰的分子或原子轉(zhuǎn)移現(xiàn)象，針對這一現(xiàn)象利用聲子分析導(dǎo)熱性能[1]。

2 導(dǎo)熱高分子材料的主要類型

2.1 導(dǎo)熱塑料

導(dǎo)熱塑料應(yīng)用范圍廣泛，對其導(dǎo)熱性能也有較高的要求。現(xiàn)階段，研究制作的導(dǎo)熱塑料主要依靠樹脂作為高分基體，然后在利用導(dǎo)熱材料進行填充。一般絕緣導(dǎo)熱塑料填充物主要是金屬氧化物、金屬氮化物和碳硼化合物這幾種。經(jīng)過科研人員長期試驗發(fā)現(xiàn)：如果是以樹脂為高分子基體，選用金屬化合物比如氧化鋁（Al2O3）、硅酸鋁（Al2SiO5）作為填充材料，制作的導(dǎo)熱高分子材料具有很好的導(dǎo)熱性能，并且導(dǎo)熱高分子材料的導(dǎo)熱性能會隨著氧化鋁（Al2O3）、硅酸鋁（Al2SiO5）數(shù)量的增加而增加，當(dāng)氧化鋁（Al2O3）、硅酸鋁（Al2SiO5）這兩種填充物比例為35%時，高分子塑料的導(dǎo)熱性能可以達到最佳狀態(tài);如果采用的填充料為AIN、SiC、石墨、高導(dǎo)熱碳粉等，與聚乙烯和聚丙烯混合形成高分子導(dǎo)熱塑料，則導(dǎo)熱性能就會得到顯著的提高，因為所形成的高分子基體中，石墨以及碳纖維的結(jié)構(gòu)分布比較理想。總之，不同的導(dǎo)熱塑料類型，對應(yīng)相匹配的應(yīng)用環(huán)境，可以有效實現(xiàn)其導(dǎo)熱性能，導(dǎo)熱塑料因為成本較低已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到多個領(lǐng)域當(dāng)中。

2.2 導(dǎo)熱橡膠

導(dǎo)熱橡膠一般可以分為填充型、結(jié)構(gòu)型兩種類型。現(xiàn)階段，主要研究對象是填充型導(dǎo)熱橡膠材料，這種材料受到社會廣泛關(guān)注。填充型導(dǎo)熱橡膠一般是將氧化鋁（Al2O3）填充到丁苯橡膠中，這種導(dǎo)熱橡膠具有良好的導(dǎo)熱性能，應(yīng)用也是比較廣泛的。

2.3 導(dǎo)熱膠粘劑

導(dǎo)熱膠粘劑屬于導(dǎo)熱高分子材料的其中一種，導(dǎo)熱膠黏劑又分為絕緣導(dǎo)熱膠黏劑和非絕緣導(dǎo)熱膠黏劑兩種。研究表明，在制作導(dǎo)熱膠粘劑的過程中，如果對導(dǎo)熱填料進行固化處理，可顯著提高導(dǎo)熱高分子材料的導(dǎo)熱性能。在現(xiàn)實社會中，這類黏接劑主要應(yīng)用于電子電氣行業(yè)領(lǐng)域，它可以有效地粘接半導(dǎo)體管和散熱器，進一步提高粘接部位的導(dǎo)熱系數(shù)。另外，導(dǎo)熱膠粘劑還可以應(yīng)用到多層板的導(dǎo)熱絕緣組裝上，配合不同工藝制成的膠黏結(jié)劑，導(dǎo)熱性可以滿足其應(yīng)用要求。

3 提高導(dǎo)熱高分子材料應(yīng)用效果的策略

3.1 選擇合適的基體材料

導(dǎo)熱高分子材料的導(dǎo)熱性能的好壞在很大程度上取決于基體材料，因此，為了不斷提升導(dǎo)熱高分子材料的應(yīng)用效果，就必須選擇合適的基體材料。由于高分子材料本身就具有良好的導(dǎo)熱性，在其應(yīng)用與元器件中長時間處于高溫的環(huán)境下，材料就容易出現(xiàn)變形的情況。所以，在高分子基體材料選擇中可以選用塑料、橡膠等穩(wěn)定性較好的物質(zhì)作為基體，如硅橡膠、硅膠膠黏劑等，以防止基體材料在元器件處于長時間高溫的狀況不會出現(xiàn)老化、變形等問題。

3.2 改進填充材料表面的預(yù)處理

改進填充材料表面的預(yù)處理可以有效提升材料細微化水平，如果填充材料沒有經(jīng)過預(yù)處理，就難以發(fā)揮其應(yīng)有的導(dǎo)熱性能[2]。因此，在導(dǎo)熱高分子材料的應(yīng)用過程中，必須改進填充材料表面的預(yù)處理工作，以充分發(fā)揮其最大導(dǎo)熱效果。填充材料表面的預(yù)處理可以用使用偶聯(lián)劑、表面處理劑等，促進高分子高分子基體與導(dǎo)熱填充量充分融合，如有必要，可加入一些處理劑，使導(dǎo)熱效果最大化。比如，在高分子材料制作過程中，選用鋁粉為導(dǎo)熱填充材料，樹脂作為基體材料，同時，選用甲醛對填充物進行表面預(yù)處理。通過檢驗可以發(fā)現(xiàn)，所使用的填充物與樹脂高分子基體之間可以充分融合，然后，進一步使用偶聯(lián)劑進行表面處理，最終生產(chǎn)的導(dǎo)熱高分子材料導(dǎo)熱性能可以提升10% 以上。

3.3 工藝條件的選擇與優(yōu)化

研究表明，導(dǎo)熱高分子材料的填充物質(zhì)與高分子基體之間的結(jié)合方式以及在填充過程中所使用的助燃劑順序都會對最終高分子材料導(dǎo)熱性能產(chǎn)生影響。因此，為了提高導(dǎo)熱高分子材料的應(yīng)用效果，有必要進行工藝條件的選擇和優(yōu)化。在導(dǎo)熱高分子材料的填充過程中，如果填充物質(zhì)的粒徑不均勻，就會導(dǎo)致填充材料大量的堆積，從而有效提高導(dǎo)熱高分子材料的導(dǎo)熱性能。此外，當(dāng)填充料粒徑適中，且以適當(dāng)?shù)姆绞竭M行排布時，可提升基體材料的導(dǎo)熱性，并降低其黏度。導(dǎo)熱高分子材料生產(chǎn)過程中還應(yīng)嚴(yán)格控制溫度、壓力等參數(shù)，此類參數(shù)發(fā)生變動均會導(dǎo)致導(dǎo)熱高分子材料導(dǎo)熱性能的變動。例如在生產(chǎn)硫化導(dǎo)熱硅橡膠時，適當(dāng)加壓可提升材料導(dǎo)熱性能[3]。

4 結(jié)束語

總之，從現(xiàn)階段導(dǎo)熱高分子材料的應(yīng)用情況來講，絕大多數(shù)的導(dǎo)熱高分子材料都發(fā)揮出了應(yīng)有的導(dǎo)熱功效。我們只有將導(dǎo)熱塑料、導(dǎo)熱橡膠、導(dǎo)熱膠粘劑選擇合適的基體和填充材料，對生產(chǎn)工藝和加工環(huán)境進行優(yōu)化，加強導(dǎo)熱高分子材料導(dǎo)熱性能的發(fā)揮，才能使導(dǎo)熱高分子材料能夠擴大應(yīng)用范圍，在更多的領(lǐng)域得到推廣和使用。

參考文獻

[1] 謝嬋，彭富忠.導(dǎo)熱高分子材料的研究與應(yīng)用分析[J].低碳世界，2019（12）：267-268.

[2] 吳祥星.探析高分子材料工程的應(yīng)用與發(fā)展[J].科技風(fēng)，2019（2）：35.

[3] 楊國棟.試論導(dǎo)熱高分子材料的實踐應(yīng)用[J].化工設(shè)計通訊，2016 （12）：50.