導(dǎo)熱高分子材料的研究與應(yīng)用

毛媛欣，范宏玥，劉燕

河北工程大學(xué)

導(dǎo)熱高分子材料的研究與應(yīng)用

毛媛欣，范宏玥，劉燕

河北工程大學(xué)

科學(xué)的發(fā)展是沒有止境的，在這條人類不斷探索前進的路上，高科技產(chǎn)品逐漸成為了人們生活和生產(chǎn)活動中的主角，導(dǎo)熱高分子材料也是一種科學(xué)技術(shù)發(fā)展的成果，不但具有高效的導(dǎo)熱性能，還可以通過調(diào)整成分和制備工藝滿足其他性能需求，為此成為了研究領(lǐng)域的熱點，本文將對導(dǎo)熱高分子材料的研究現(xiàn)狀進行總結(jié)，并探討其在實踐領(lǐng)域的應(yīng)用前景。

導(dǎo)熱；高分子；材料；研究；應(yīng)用

一、前言

目前的導(dǎo)熱材料應(yīng)用越來越廣泛，無論是日常生活中使用的電器和住宅設(shè)施，還是工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的各個環(huán)節(jié)都存在著導(dǎo)熱材料。被人們所熟悉了解的導(dǎo)熱材料是金屬材料和無機材料。隨著人類的發(fā)展，對導(dǎo)熱材料也提出了新的要求，為此科學(xué)家們開發(fā)了高分子材料作為導(dǎo)熱材料，不但具有優(yōu)良的導(dǎo)熱性能，同時還能夠具有一定的絕緣性，受到了廣泛關(guān)注。

二、導(dǎo)熱高分子材料的導(dǎo)熱原理

導(dǎo)熱高分子材料能夠?qū)崿F(xiàn)較高的導(dǎo)熱能力，可以媲美金屬材料和無機材料的導(dǎo)熱性能，但是從導(dǎo)熱機理上分析，還是存在很大差異的。首先需要了解金屬材料的導(dǎo)熱是依靠金屬材料內(nèi)部的自由電子運動實現(xiàn)，當(dāng)出現(xiàn)溫差時，自由電子之間由于運動而產(chǎn)生能量交換，從而將熱量傳遞。而無機材料則是依賴于聲子來實現(xiàn)，聲子就是無機材料內(nèi)部的無規(guī)律排列分子或原子，通過聲子熱振動而將能量傳遞出去，大部分無機材料的導(dǎo)熱性能小于金屬層材料。接下來將是重點討論的高分子材料。高分子材料之所以導(dǎo)熱性能較差，主要是其內(nèi)部的分子結(jié)構(gòu)導(dǎo)致其缺少能夠參與熱量傳遞的有效載荷。多數(shù)高分子材料是由體積較大的基團或者分子鏈組成，這些結(jié)構(gòu)在溫度變化時振動較小，熱量無法有效傳遞，并且由于高分子材料的復(fù)雜性受到了溫度、壓力、分子結(jié)構(gòu)等影響，導(dǎo)致高分子材料種類繁多。高分子材料的聲子振動情況極大依賴于溫度因素，當(dāng)溫度發(fā)生變化時，高分子材料內(nèi)部的分子鏈和晶體結(jié)構(gòu)都會有所變化，這樣就影響了晶體熱振動情況，從而使導(dǎo)熱性能發(fā)生變化。既然如此，那么我們就可以利用高分子材料分子結(jié)構(gòu)多變的特點，尋找能夠填充到其分子結(jié)構(gòu)內(nèi)部而獲得高導(dǎo)熱性。高分子材料的導(dǎo)熱程度還受到分子結(jié)合的緊密程度影響，可以通過對高分子材料的壓縮或拉伸來改變其導(dǎo)熱性能。

三、導(dǎo)熱高分子材料的研究現(xiàn)狀

通過對上述高分子材料提高導(dǎo)熱性原理的分析結(jié)合現(xiàn)有研究可以發(fā)現(xiàn)，目前的導(dǎo)熱高分析材料研究主要沿著填充的方式來增強其導(dǎo)熱性能，將導(dǎo)熱性能較好的填料作為填充主體，獲得導(dǎo)熱性能良好的高分子材料?，F(xiàn)有最主要的填料有金屬填料、無機材料填料和導(dǎo)電有機物填料，下面將對三個方面的研究現(xiàn)狀進行詳細描述：

1、金屬填料的應(yīng)用

最初的試驗源于美國研究，實驗者利用鋁粉作為填充料加入到聚丙烯和酚醛樹脂當(dāng)中，結(jié)果獲得了達到純鋁導(dǎo)熱率80%的優(yōu)質(zhì)導(dǎo)熱材料，而填料占比僅為18%～22%。在接下來的日本學(xué)者研究將鋁粉加入到塑料當(dāng)中，不但獲得了較好的導(dǎo)熱性能，還能夠?qū)崿F(xiàn)優(yōu)質(zhì)的機械性能，這樣使得導(dǎo)熱數(shù)量能夠具有一定的抗沖擊性能，應(yīng)用領(lǐng)域極大拓寬。這些研究說明金屬粉末有助于提高高分子材料的導(dǎo)熱性，其他金屬粉末如銅、銀、錫、鐵等都能夠?qū)崿F(xiàn)這種效果。

2、無機填料的應(yīng)用

無機材料作為填料時首先應(yīng)該考慮無機材料本身是否具有良好的導(dǎo)熱性能，因此常用的無機材料為石墨、陶瓷、碳纖維等，其中學(xué)者們在研究中多數(shù)采用石墨作為填料，主要考慮到它具有的優(yōu)良導(dǎo)熱性能。在不同的研究者的研究結(jié)果中，無機材料的填充都能夠有效提高高分子材料的導(dǎo)熱率。

3、導(dǎo)電有機物的應(yīng)用

這里所指的導(dǎo)電有機物主要包含聚乙炔、聚亞苯基硫醚等，它們的加入不僅僅能改善高分子材料的導(dǎo)熱能力，還能夠提高高分子材料的其他特性，如加工性能、物理特性等，當(dāng)然也不需要擔(dān)心由于導(dǎo)電有機物的加入帶來的絕緣性下降。

四、當(dāng)前導(dǎo)熱高分子材料的應(yīng)用實踐

在化工等領(lǐng)域要求換熱器能夠適應(yīng)較為惡略的使用條件，高溫高壓高腐蝕性，當(dāng)然也需要具備換熱器本身功能即良好的換熱性能，目前大多數(shù)具有良好導(dǎo)熱性能的材料都無法滿足這一使用需求，使用壽命短，容易遭受到化學(xué)物質(zhì)和水汽的腐蝕。導(dǎo)熱高分子材料的存在就解決了這一問題，通過石墨填料改良后的高分子材料具有極強的分子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，可以抵抗化學(xué)產(chǎn)品的腐蝕，另一方面由于石墨填料的而加入又能夠具有優(yōu)良的換熱能力，因此受到業(yè)界的歡迎。

導(dǎo)熱絕緣膠粘劑也是隨著導(dǎo)熱高分子材料的誕生而開發(fā)的產(chǎn)品，目前的電子技術(shù)應(yīng)用中需要能夠滿足導(dǎo)熱同時又能夠絕緣的材料，因此可以通過對具有絕緣特性的高分子材料進行填充，實現(xiàn)其導(dǎo)熱性能提高，迎合了現(xiàn)代化電子設(shè)備的需求。

導(dǎo)熱節(jié)能膠粘劑也是一種新型產(chǎn)品，主要以導(dǎo)熱性能良好的無機材料作為主要導(dǎo)熱性能影響材料，高分子材料仍然作為粘接的主體，從而形成了這種導(dǎo)熱性能優(yōu)良，化學(xué)性能穩(wěn)定的優(yōu)質(zhì)粘接劑，這種高分子制劑有效解決了現(xiàn)有粘接劑的缺點，并保留了原有的優(yōu)點，具有較強的應(yīng)用性能。

五、結(jié)論

通過本文的分析可以看出，目前導(dǎo)熱高分子材料的研究工作已經(jīng)具備一定的基礎(chǔ)，科學(xué)工作者對于導(dǎo)熱高分子材料的理論研究工作已經(jīng)達到了能夠應(yīng)用的深度，在不同的工業(yè)領(lǐng)域這種高性能的導(dǎo)熱高分子材料已經(jīng)獲得了認可和應(yīng)用，在未來的研究中還將更加關(guān)注于對于導(dǎo)熱高分子材料制作的填充材料開發(fā)，并對相關(guān)研究更加深化以推動導(dǎo)熱高分子材料更加靈活的應(yīng)用。

[1]唐云.導(dǎo)熱高分子材料研究進展研究[J].電子制作，2015，11.

[2]黃鑫.對導(dǎo)熱高分子材料的研究與應(yīng)用[J].化工管理，2015，7.

[3]孟丹，董云肖.導(dǎo)熱高分子材料的研究和開發(fā)進展[J].科研，2015，14.

[4]李玥.導(dǎo)熱高分子材料的研究與應(yīng)用分析[J].山東工業(yè)技術(shù)，2014，21.

范宏玥，河北工程大學(xué)，本科生，專業(yè)：復(fù)合材料與工程；

劉燕，河北工程大學(xué)，本科生，專業(yè)：復(fù)合材料與工程。

毛媛欣，河北工程大學(xué)，本科生，專業(yè)：復(fù)合材料與工程；