試論導(dǎo)熱高分子材料的實踐應(yīng)用

楊國棟（山東工業(yè)技師學(xué)院，山東濰坊 261053）

試論導(dǎo)熱高分子材料的實踐應(yīng)用

楊國棟
（山東工業(yè)技師學(xué)院，山東濰坊 261053）

隨著現(xiàn)代工業(yè)和材料科學(xué)的不斷發(fā)展，對導(dǎo)熱高分子材料提出了更高的要求。從導(dǎo)熱高分子材料概述入手，探討導(dǎo)熱高分子材料的實踐應(yīng)用，以供參考。

導(dǎo)熱高分子材料；導(dǎo)熱機理；實踐應(yīng)用

隨著我國工業(yè)化進程的持續(xù)推進，對導(dǎo)熱高分子材料的研究、生產(chǎn)和應(yīng)用都提出了新的更高的要求。長期以來，人們熟知的導(dǎo)熱材料主要是金屬材料，但金屬材料容易導(dǎo)電、容易被化學(xué)腐蝕，并且難耐高溫，因此其應(yīng)用有所局限。而導(dǎo)熱高分子材料以其優(yōu)異的綜合性能，可以較好的克服金屬材料存在的問題，目前被廣泛應(yīng)用于電子、航空航天、化工和熱能等領(lǐng)域，并發(fā)揮著重要作用。

1 導(dǎo)熱高分子材料概述

高分子材料是以高分子化合物為基礎(chǔ)的材料，包括纖維、塑料、橡膠、涂料、膠粘劑和高分子基復(fù)合材料等。導(dǎo)熱高分子材料是指具有較高導(dǎo)熱系數(shù)的高分子材料，如導(dǎo)熱塑料、導(dǎo)熱橡膠、導(dǎo)熱覆銅板、導(dǎo)熱膠黏劑、導(dǎo)熱彈性體及導(dǎo)熱相變材料等。通常以高導(dǎo)熱性的無機元素或金屬為導(dǎo)熱介質(zhì)，制成導(dǎo)熱性元件。導(dǎo)熱介質(zhì)受熱后，通過運動、振動等物理及相應(yīng)的化學(xué)變化，使大量的熱能隨著高速粒子流傳送到冷端放熱，之后恢復(fù)常態(tài)繼續(xù)吸熱并傳導(dǎo)熱能。熱傳導(dǎo)過程中，導(dǎo)熱高分子材料元件表面呈現(xiàn)熱阻趨零的特性。這種導(dǎo)熱高分子材料具有成本較低、容易加工成型、質(zhì)量較輕、強度較大、導(dǎo)熱性能好、使用壽命長等特點，若經(jīng)特殊工藝處理或者對材料配方進行調(diào)整，所得元件可應(yīng)用于特殊領(lǐng)域。

導(dǎo)熱高分子材料的導(dǎo)熱性能，是由高分子基體和高導(dǎo)熱填充物綜合作用所決定的。相對于基體材料的導(dǎo)熱性而言，以粒子或以纖維形式存在的填充物的導(dǎo)熱性能都要大得多。當填充物的量較小時，其對于整個體系的導(dǎo)熱性影響不大。如果填料達到一定的數(shù)量，填料之間便會發(fā)生相互作用，在體系中形成類似網(wǎng)狀和鏈狀的形態(tài)，通常稱作導(dǎo)熱網(wǎng)鏈，其取向方向與熱流方向平行時就能有效提高體系的導(dǎo)熱性。

2 導(dǎo)熱高分子材料的實踐應(yīng)用

2.1 導(dǎo)熱塑料

導(dǎo)熱塑料的導(dǎo)熱率通常介于0.14～0.34之間，屬于介電絕緣材料。2000年，美國Cool Polymer公司開發(fā)導(dǎo)熱高分子材料并建立了第一條生產(chǎn)線，所生產(chǎn)的導(dǎo)熱塑料廣泛應(yīng)用于汽車、照明、航空航天、電子電器、醫(yī)療器械、筆記本電腦等領(lǐng)域。此后，導(dǎo)熱塑料受到世界各國的高度重視。實踐表明，導(dǎo)熱塑料最重要的應(yīng)用就是代替金屬和合金來制造熱交換器，如太陽能熱水器、換熱器、蓄電池冷卻器等。金屬耐腐蝕性不強，合金生產(chǎn)成本較高，而導(dǎo)熱塑料能較好的克服金屬和合金的不足。在電子電器工業(yè)中導(dǎo)熱塑料也應(yīng)用較多，主要用于要求較高的電路導(dǎo)熱板的制造。在LED燈制造中，導(dǎo)熱塑料通常被用來替代金屬鋁作為LED的外殼，能極大的提高LED燈外殼的絕緣性，確保用電安全。另外，導(dǎo)熱塑料也應(yīng)用于盛裝、封閉、輸送、埋嵌、裝飾等材料[1]。

2.2 導(dǎo)熱橡膠

導(dǎo)熱橡膠基體通常具有較強的回彈性、抗張強度、耐化學(xué)腐蝕性、介電性能、耐高低溫性能及具有低膨脹系數(shù)等特性。目前，用于實踐應(yīng)用的導(dǎo)熱橡膠主要包括：硅橡膠、丁苯膠、丁晴膠、聚胺酯樹脂、SBS及熱塑性彈性體等。將高分子導(dǎo)熱橡膠基體與經(jīng)表面處理的填料及其它助劑進行充分混合后，再加工成型。如加工成0.2～0.8mm厚的薄膜墊片可置于散熱基板和電子發(fā)熱元件之間，加工成0.5～5mm厚的導(dǎo)熱間隙墊片可置于印刷電路板和散熱基板之間，形成良好的熱流通道，以降低介面熱阻，延長使用壽命。實踐表明，硅橡膠是導(dǎo)熱橡膠中應(yīng)用最為廣泛的一種熱介面材料，除了具有導(dǎo)熱橡膠的一般性能外，還具有較強的耐溶劑、耐油、耐輻射等性能，被廣泛應(yīng)用于導(dǎo)彈、飛機、太空倉、汽車等領(lǐng)域。

2.3 導(dǎo)熱相變材料

導(dǎo)熱相變材料是一種儲能材料，在相變過程中吸收或施放相變潛熱，目前在環(huán)保建材、電子散熱墊片等領(lǐng)域應(yīng)用較多。導(dǎo)熱相變材料具有較強的預(yù)先成型性和低熱阻性，可作為一種新型導(dǎo)熱貼片用于高速、大功率處理器的界面。在電子元件中通常選用石蠟相變材料，相變溫度可改變石蠟組成以滿足實際需要。定型復(fù)合相變材料由石蠟和聚合物共融混合制成，融合過程中可加入石墨、無機陶瓷填料及其它助劑，以提高相變材料的導(dǎo)熱率，主要用于筆記本電腦CPU和 絕緣柵雙極型晶體管、高功率LED模塊中的MCPCB和熱沉之間墊片[2]。

2.4 導(dǎo)熱膠粘劑

導(dǎo)熱膠粘劑通常分為導(dǎo)熱絕緣膠粘劑和非絕緣導(dǎo)熱膠粘劑，主要應(yīng)用于半導(dǎo)體管陶瓷基片與銅座的粘合、管殼密封和管心保護，以及整流器、熱敏電阻器、微包裝中多層板的導(dǎo)熱絕緣和化工熱交換器粘連及導(dǎo)熱灌封等方面。南京臺力材料研究所研制的功率管與散熱器上的導(dǎo)熱絕緣膠，對第三代組裝封裝元器件散熱很有益處。北京化工研究院研制的TM-I無機型導(dǎo)熱膠粘劑熱導(dǎo)率大、效率高、適應(yīng)溫度范圍廣，TM-II有機導(dǎo)熱膠粘劑化學(xué)穩(wěn)定性好、強度大、耐水性好，便于施工和儲存。上海無機化工研究所研制的L-90導(dǎo)熱泥是一種節(jié)能新材料，在化工、制藥、石油和食品等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景[3]。

3 結(jié)束語

綜上所述，導(dǎo)熱高分子材料以其優(yōu)良的綜合性能日益受到人們的關(guān)注和重視，其應(yīng)用前景十分可觀。雖然我國導(dǎo)熱高分子材料研究仍然落后于美國等部分發(fā)達國家，但隨著我國社會經(jīng)濟和科技的快速發(fā)展，以及在導(dǎo)熱塑料、導(dǎo)熱橡膠、導(dǎo)熱相變材料和導(dǎo)熱膠粘劑等方面的應(yīng)用實踐，一定會推動導(dǎo)熱高分子材料研究和應(yīng)用創(chuàng)新發(fā)展。

[1] 金鈁，金榮福，蔡瓊英，等.LED與導(dǎo)熱高分子復(fù)合材料[J].廣東化工，2011，（11）：55-57.

[2] 祁蓉，齊暑華，王兆福，等.導(dǎo)熱高分子復(fù)合材料的研究[J].粘接，2015，（11）：89-93.

[3] 儲九榮，張曉輝，徐傳驤，等.導(dǎo)熱高分子材料的研究與應(yīng)用[J].高分子材料科學(xué)與工程，2000，（4）：17-21.

Application of Thermal Conductive Polymeric Materials

Yang Guo-dong

With the continuous development of modern industry and materials science，the higher requirements of thermal conductive polymer materials are put forward.In this paper，the application of thermally conductive macromolecule materials is reviewed.

thermally conductive polymer；thermal conduction mechanism；practical application

TB332

B

：1003-6490（2016）12-0050-02

2016-11-10

楊國棟（1983—），男，山東濰坊人，講師，主要研究方向為化學(xué)工程與工藝。