导热高分子材料研究进展分析

2017-04-09王晓航郑睿韬江昕阳

四川水泥 2017年1期

关键词：导热性理工大学高分子

王晓航郑睿韬江昕阳

（沈阳理工大学）

导热高分子材料研究进展分析

王晓航郑睿韬江昕阳

（沈阳理工大学）

在高分子材料科学与工程中导热高分子材料的理论研究与产品开发都是非常重要的部分，随着复合技术的引入和实施，高导热聚合物本材料和纳米复合材料的研究进入一个崭新的阶段，高分子复合材料的导热机理得到深入的研究同时在实践中的应用开发得到更新的进展。建立高分子复合材料导热模型，深入研究聚合物基体与导热填料界面的结构与性能及高分子复合材料的导热机理，不断探索导热本体聚合物材料的制备，这些导热高分子材料的研究为高新技术的发展奠定了坚实的基础。。

高分子材料；导热机理；研究进展

一、引言

目前随着科学技术的进步，导热高分子材料的研究取得了一定的成果，在基本理论方面聚合物导热的概念、导热机理、导热系数以及影响其导热性能的因素都进行了深入的研究，并且在导热高分子复合材料的选择以及复合技术方面的研究也有了长足的进展，从原来的普通金属材料到现在的高分子复合材料，提高了导热材料的抗腐蚀性和导热性能。导热材料在采暖工程、电子信息工程等领域得到广泛的应用，其中一些电磁屏蔽、换热工程、摩擦材料等对材料的导热性能提出了更高的要求，制备精良的导热高分子材料，提高导热性能，才能更加拓宽导热领域的开发与应用。

二、导热高分子材料的导热机理

（一）导热机理基本理论

当一个物理的温度不均衡时，热能就会从温度高的部分向温度低的部分传送，但这种传送不是简单的从物体的一端向另一端沿着一条直线进行传送的，而是通过电子、光子或声子采用扩散的方式进行传送，最后使整个物体的温度达到一致，这个过程被称作热传导。在衡量物体导热性能的物理量计算过程中单位时间里通过垂直于温度梯度方向的单位面积的热能与温度梯度成正比，而热流与温度梯度的方向相反，其中电子和声子传送热能的导热系数不同，通过研究导热机理基本理论更深入的研究导热复合材料的导热性能。

（二）决定导热高分子材料导热性能的因素

1.温度因素

温度对导热高分子材料导热性能的影响是非常复杂的，总体来讲是导热系数随着温度的升高而增大，不同材料变化规律之间会相差很多。温度对非晶聚合物导热性能的影响呈现出曲线状态，在高于100K的温度区域内，导热系数随着温度的升高而增大，在超过一定温度后，导热系数会随着温度的升高而下降，在更高的温度时导热系数与温度的关系比低温状态时表现的要平缓，在5-15K温度范围时，导热系数与温度无关。温度对结晶聚合物的导热性能的影响是导热系数随着温度的升高而增大在达到最大值时然后开始出现逆转，在低于10K的温度范围时，导热系数开始随着结晶度的增加而下降。

2.取向因素

高分子材料的拉伸取向对其导热性能的影响也是很大的，非晶聚合物中包含非晶玻璃聚合物和非晶弹性体，它们在拉伸过程中使分子链拉伸取向增多，导热系数沿拉伸方向的增多而降低。拉伸取向对结晶聚合物导热性能的影响更加复杂，多年来经过科学家的不断实验与研究，实验结果证明了结晶完整的聚合物导热性能更强。

3、其他因素

经过不断的研究与尝试，人们终于发现高分子材料中的分子结构参数、交联程度、辐射剂量和流体静压力都对导热性能也存在着一定的影响，导热系数会随着分子链支链的增加而急剧减小，随着交联剂用量的增大而增大，随着辐射剂量的增大结晶度降低熔体导热系数增大而使聚合物导热系数减小，而流体静压力增强时，高分子聚合物的体积减小从而导热系数增大。

三、导热高分子材料研究进展

随着现代科技和信息产业的快速发展，电子设备逐步实现了数字化、网络化和多功能化，电子新产品更加超薄轻便，其中使用的导热高分子材料具有较大的优势，比如电绝缘性能优异，力学和抗疲劳性能优良，耐化学腐蚀，质量更轻，易加工成型，但是高分子材料导热率极低影响了它在电子领域的应用与发展，所以不断地研究开发导热性能强综合性能优异的高导电的高分子材料是目前研究的重要方向。本文从导热高分材料中所占比重最大的导热塑料，其次还有导热橡胶和导热胶黏剂三个方面介绍导热高分材料研究的进展情况。

（一）导热塑料

在电磁屏蔽和电子信息领域中广泛使用的功率管、集成块、热管、集成电路和覆铜基板等元器件都是高散热界面材料及封闭材料，导热塑料在电器和微电子领域的应用正向着高密度化、高集成化、高功率化和散热快的方向发展。对导热塑料的研究经过多个课题组的反复实验与研究，在导热理论方面有了一定的突破，导热绝缘无机填料的类型、晶型、粒径大小以及分布还有表面物化性能、用量和复合方式都是影响复合材料导热率的重要因素。。

（二）导热橡胶

目前导热橡胶的研究还不够成熟，在实践中的应用还比较有限，国外比较先进的技术水平将导热绝缘橡胶用于汽车、太空军事用品及电马达控制和电器、散热器、电源供应器等。主要是通过填充高导热性能的填料来制备导热橡胶，容易加工成本低能够提供稳定的散热效果。

（三）导热胶黏剂

在微电子领域中电子元器件通常都非常轻薄、轻巧和高密度组装、高频率工作，对导热材料的散热功能要求比较高，目前在这一领域广泛使用的复合型导热胶工艺简便成本低。在半导体管与散热器的粘合、微包装中多层板的导热绝缘和新型高散热电路方面都需要高性能的导热绝缘胶黏剂。