導(dǎo)熱高分子復(fù)合材料的研究與應(yīng)用

摘 要：社會發(fā)展以及工業(yè)的發(fā)展給工業(yè)領(lǐng)域帶來了更多改革的可能性，人們對工業(yè)產(chǎn)品的功能也提出了更高的要求。對于導(dǎo)熱材料，由于其導(dǎo)性能較好，但是無法滿足絕緣的條件。因此，一種能夠中和絕緣性與導(dǎo)熱性功能的導(dǎo)熱高分子復(fù)合材料應(yīng)運而生，滿足了當(dāng)前生產(chǎn)生活的要求的同時也需要不斷在其基礎(chǔ)上進(jìn)行深層次的探索，發(fā)揮其在社會各個領(lǐng)域的最大作用，得到最佳的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：導(dǎo)熱高分子 復(fù)合材料 研究 應(yīng)用

中圖分類號：TB332 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-3973（2013）011-070-02

從上世紀(jì)40年代以來，人類對于高分子復(fù)合材料的研究已經(jīng)有將近70年的歷史，并且在工業(yè)材料應(yīng)用領(lǐng)域得以普遍應(yīng)用。但是，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、科技的進(jìn)步，人們在導(dǎo)熱材料應(yīng)用程度與范圍方面提出了更高的要求，不僅僅是滿足于傳統(tǒng)材料的單一性能，而是對材料優(yōu)良的綜合性能寄予了更高的期望，如用在化工生產(chǎn)以及廢水處理的熱交換器一方面要有良好的導(dǎo)熱能力，另一方面又要能夠耐化學(xué)腐蝕、耐高溫；相應(yīng)地在電子電氣領(lǐng)域，隨著集成技術(shù)以及組裝技術(shù)方面的迅猛發(fā)展，電子元件以及邏輯電路的占地空間也越來越小，所以傳統(tǒng)的高分子復(fù)合材料就不僅僅是需要良好的導(dǎo)熱的功能，還要能夠具備一定的絕緣能力。但是，由于受到傳統(tǒng)工藝的限制，復(fù)合材料大部分屬于導(dǎo)熱性能良好的金屬材料，往往不耐腐蝕，當(dāng)前的技術(shù)為了克服導(dǎo)熱材料的耐腐蝕性而采用了合金技術(shù)以及進(jìn)行防腐涂層的技術(shù)，同時，復(fù)合材料的耐熱性卻降低了。由于傳統(tǒng)導(dǎo)熱材料無法滿足人們對于工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用，因此，新型導(dǎo)熱高分子復(fù)合材料應(yīng)運而生，人們更多地將其應(yīng)用于各個領(lǐng)域。如何提升導(dǎo)熱高分子材料的綜合功能成為了工業(yè)領(lǐng)域乃至社會各界的重要研究課題。

1 對于導(dǎo)熱高分子復(fù)合材料的課題研究現(xiàn)狀

1.1 導(dǎo)熱高分子復(fù)合材料的運作原理

聲子、光子以及電子是固體形態(tài)內(nèi)部的導(dǎo)熱介質(zhì)。由于聚合物往往是以飽和體系的狀態(tài)呈現(xiàn)的，不存在電子導(dǎo)熱的可能性，只能通過聲子這一介質(zhì)進(jìn)行導(dǎo)熱，要想到達(dá)傳導(dǎo)熱能，就要通過晶格振動的方式。聚合物的導(dǎo)熱性能較差，這是由于聚合物往往具有較大的相對分子質(zhì)量，分散性較強(qiáng)，分子鏈之間不能夠纏結(jié)無規(guī)則方式存在，達(dá)不到結(jié)晶的條件，同時分子鏈會產(chǎn)生振動，聲子受到振動，就會產(chǎn)生散射，大大降低了聚合物材料的導(dǎo)熱性能。從理論上來說，要想達(dá)到提升聚合物材料導(dǎo)熱性能的目的，可以從兩個方面對其進(jìn)行改進(jìn)，一方面是在聚合物材料中填充進(jìn)具有高導(dǎo)熱率的物質(zhì)，制成具有以聚合物為基礎(chǔ)的導(dǎo)熱復(fù)合材料，例如可以將環(huán)氧樹脂填入碳纖維以及氮化鋁材料中，增強(qiáng)高分子復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能；另一方面是利用最新的科技，將高導(dǎo)熱率的材料進(jìn)行聚合。如可以利用聚苯胺導(dǎo)熱性能良好的優(yōu)點，采用導(dǎo)熱機(jī)制達(dá)到更佳的導(dǎo)熱能力。

增強(qiáng)聚合物導(dǎo)熱性能的方法中，在實踐工作中，主要使用的是填充入高導(dǎo)熱性能的材料來達(dá)到增強(qiáng)導(dǎo)熱的目的，以復(fù)合成導(dǎo)熱高分子復(fù)合材料，這也是當(dāng)前工業(yè)上制備導(dǎo)熱高分子復(fù)合材料的主要途徑。但是，導(dǎo)熱高分子復(fù)合材料傳導(dǎo)熱能的效率受到了濕度、分子鏈取向密度、結(jié)晶度、溫度以及填充材料種類多方面的影響。

在實際工業(yè)的操作中，導(dǎo)熱高分子復(fù)合材料傳導(dǎo)熱能的效率主要受到了所填充材料以及材料在復(fù)合材料中分布情況的影響。如果填充的材料過少，復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能就很難達(dá)到要求，如果填充的材料過多，那么復(fù)合材料相應(yīng)的力學(xué)性能就會有所降低。只有找到填充材料和復(fù)合材料之間較科學(xué)合理的比例才能達(dá)到導(dǎo)熱高分子復(fù)合材料最好的導(dǎo)熱性能、最小的熱阻。

1.2 常見導(dǎo)熱高分子復(fù)合材料的實際研究成果

（1）應(yīng)用聚乙烯復(fù)合導(dǎo)熱材料。

聚乙烯由于其具有價格低廉、綜合性能良好的優(yōu)勢，無疑成為了我國所有合成樹脂中應(yīng)用范圍最廣泛、進(jìn)口量最大以及產(chǎn)能最大的一種塑料品種。在傳統(tǒng)聚乙烯基礎(chǔ)上改造而成的線性低密度聚乙烯，擁有熱封性能良好，成膜性優(yōu)良，脫模容易，抗蠕變能力，剛性良好，拉伸強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度以及沖擊強(qiáng)度方面較好，適應(yīng)環(huán)境能力好，導(dǎo)熱性能較好等一系列的優(yōu)點，正成為當(dāng)前最新的塑料產(chǎn)品投入使用。

（2）應(yīng)用硅橡膠復(fù)合導(dǎo)熱材料。

當(dāng)前研究導(dǎo)熱硅橡膠的方面大都是圍繞著填充型硅橡膠而進(jìn)行，由于填料、加工工藝以及硅橡膠基體三方面是硅橡膠材料能夠具有良好導(dǎo)熱性的關(guān)鍵性因素。填料是通過自身的導(dǎo)熱性能情況來決定復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能，工廠的加工工藝是否精良很大程度上也影響著硅橡膠導(dǎo)熱的能力。

硅橡膠自身具有優(yōu)秀的減震以及絕緣性能，但是在熱導(dǎo)效能方面卻比較差，一旦在硅橡膠中填充入具有高導(dǎo)熱性能的材料，硅橡膠復(fù)合材料在導(dǎo)熱性能上達(dá)到十幾甚至是幾十倍的提升。同時，填料在復(fù)合材料中的分布情況和填料在導(dǎo)熱性能方面的表現(xiàn)也影響著復(fù)合材料導(dǎo)熱性的程度好壞。如果填料在材料基體中的填充量不夠的時候，就會導(dǎo)致填料之間的粒子接觸面積過小，那么填料應(yīng)有導(dǎo)熱性就沒有得到充分的發(fā)揮，無法形成導(dǎo)熱良好的導(dǎo)熱網(wǎng)鏈，大大提升復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能。

2 導(dǎo)熱高分子復(fù)合材料在實踐中的應(yīng)用以及開發(fā)前景

目前，導(dǎo)熱高分子復(fù)合材料的應(yīng)用于潛艇蓄電池當(dāng)中的冷凝器、導(dǎo)熱絕緣材料、太陽能熱水器以及導(dǎo)熱管等方面，應(yīng)用的領(lǐng)域涵蓋了很多的方面，如化工生產(chǎn)、電子電器、航空航天以及軍事等方面，并在其中發(fā)揮了重大的作用。由于導(dǎo)熱高分子復(fù)合材料不但具有導(dǎo)熱性能良好的優(yōu)點，而且在自身獨特的優(yōu)勢方面更是有著其它材料難以比肩的優(yōu)勢，導(dǎo)熱高分子復(fù)合材料已經(jīng)得到了人們越來越多的青睞，在市場上的接受度也是不容小覷的。相信隨著人們在發(fā)展納米復(fù)合技術(shù)方面的進(jìn)展，日益完善關(guān)于導(dǎo)熱高分子復(fù)合材料的模型，對于導(dǎo)熱原理的研究更加深入，那么導(dǎo)熱高分子復(fù)合材料的性能將會得到更大程度的發(fā)掘，應(yīng)用的范圍也會更加寬廣，作用也會越來越大。

高分子材料的關(guān)鍵研究領(lǐng)域之一就是實現(xiàn)導(dǎo)熱高分子復(fù)合材料從理論概念到形成產(chǎn)品，開發(fā)其經(jīng)濟(jì)效益的目的。尤其是在近十年的研究中，關(guān)于研究導(dǎo)熱高分子復(fù)合材料的數(shù)學(xué)模型已經(jīng)取得了很大的進(jìn)步與發(fā)展，但是也受到了來自納米復(fù)合技術(shù)的挑戰(zhàn)，也可以說是帶來了進(jìn)步的機(jī)遇。當(dāng)前對于導(dǎo)熱高分子復(fù)合材料提升導(dǎo)熱性能的研究一直僅僅停留在基礎(chǔ)層面的共混復(fù)合，得到的復(fù)合材料在傳導(dǎo)熱能方面效果并不理想，復(fù)合材料在應(yīng)用開發(fā)、導(dǎo)熱機(jī)理方面的探索以及開發(fā)具有高導(dǎo)熱性能的聚合物方面的研究還是停留在比較表面的層次，沒有進(jìn)行深入的探索。另外，預(yù)測熱導(dǎo)性能的理論模型還是沒有充分有力的理論基礎(chǔ)支持，同時對于理論驗證還是停留在根據(jù)經(jīng)驗來模擬的層次。因此，可以預(yù)見不管是現(xiàn)在還是在接下來更長的時間里，導(dǎo)熱高分子復(fù)合材料領(lǐng)域都會圍繞著制備高導(dǎo)熱聚合物材料、建立復(fù)合高導(dǎo)熱材料的運作模型、改變聚合物樹脂基體的物理特性、開發(fā)與研究復(fù)合材料的新型技術(shù)等方面來進(jìn)行，成為其重要的研究方向。導(dǎo)熱高分子復(fù)合材料的相應(yīng)研究也增強(qiáng)了高新技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)一步發(fā)展與進(jìn)步的可能性。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王亮亮，陶國良.導(dǎo)熱高分子復(fù)合材料的研究進(jìn)展[J].工程塑料應(yīng)用，2013，9（31）：70-72.

[2] 馬傳國，容敏智，章明秋.導(dǎo)熱高分子復(fù)合材料的研究與應(yīng)用[J].材料工程，2012，8（7）：40-45.

[3] 范偉，馮剛，趙加偉.導(dǎo)熱高分子復(fù)合材料的研究與應(yīng)用進(jìn)展[J].工程塑料應(yīng)用，2011，39（12）：101-104.

[4] 孔嬌月，陳立新，蔡聿鋒.導(dǎo)熱高分子復(fù)合材料研究進(jìn)展[J].中國塑料，2011，25（3）：7-12.