导热高分子材料的研究与应用

刘驰

摘 要 随着科技的高速发展，导热高分子材料应用越来越广泛，同时，其性能和产量也在不断提升。导热高分子材料自身优异性能，有效解决了微型电子设备的散热问题，在很大程度上提高了电子元器件的使用寿命。本文分析了导热高分子材料的导热机理以及材料主要类型，并提出导热高分子材料的性能强化措施，为今后导热高分子材料更广泛的应用提供参考建议。

关键词 导热高分子材料;导热机理;性能

引言

导热高分子材料晶体排布方式特殊，通过晶体振动可以提高热量传导效果，有效弥补金属导体对电子运动影响程度大及非晶體导体导热方向不稳的缺陷。加强对导热高分子材料的研究与应用情况分析，有利于进一步明确材料的导热优势，促进导热高分子领域的发展。

1 高分子材料的导热机理

热传导就是同一个物体因为不同部位存在温度差，就是出现高温向低温传送的现象，传送方式有电子传送、光子传送以及声子扩散，直至物体温度差消除。不同材料的导热性能有很大的差异，导热高分子材料就是指利用自身排列合理的晶体，通过晶粒热振动，有效地把设备里面的热量传导出去。如果选用金属物质作为导体，在导热的过程中就会影响自由电子的运动，最大程度上促进设备热量有效导出。对于具有非晶体导热机理的材料，由于其晶粒分布和排列不规则，在正式运行过程中会产生热振动位置不固定，容易出现热量向相邻的分子或原子转移现象，针对这一现象利用声子分析导热性能[1]。

2 导热高分子材料的主要类型

2.1 导热塑料

导热塑料应用范围广泛，对其导热性能也有较高的要求。现阶段，研究制作的导热塑料主要依靠树脂作为高分基体，然后在利用导热材料进行填充。一般绝缘导热塑料填充物主要是金属氧化物、金属氮化物和碳硼化合物这几种。经过科研人员长期试验发现：如果是以树脂为高分子基体，选用金属化合物比如氧化铝（Al2O3）、硅酸铝（Al2SiO5）作为填充材料，制作的导热高分子材料具有很好的导热性能，并且导热高分子材料的导热性能会随着氧化铝（Al2O3）、硅酸铝（Al2SiO5）数量的增加而增加，当氧化铝（Al2O3）、硅酸铝（Al2SiO5）这两种填充物比例为35%时，高分子塑料的导热性能可以达到最佳状态;如果采用的填充料为AIN、SiC、石墨、高导热碳粉等，与聚乙烯和聚丙烯混合形成高分子导热塑料，则导热性能就会得到显著的提高，因为所形成的高分子基体中，石墨以及碳纤维的结构分布比较理想。总之，不同的导热塑料类型，对应相匹配的应用环境，可以有效实现其导热性能，导热塑料因为成本较低已经被广泛应用到多个领域当中。

2.2 导热橡胶

导热橡胶一般可以分为填充型、结构型两种类型。现阶段，主要研究对象是填充型导热橡胶材料，这种材料受到社会广泛关注。填充型导热橡胶一般是将氧化铝（Al2O3）填充到丁苯橡胶中，这种导热橡胶具有良好的导热性能，应用也是比较广泛的。

2.3 导热胶粘剂

导热胶粘剂属于导热高分子材料的其中一种，导热胶黏剂又分为绝缘导热胶黏剂和非绝缘导热胶黏剂两种。研究表明，在制作导热胶粘剂的过程中，如果对导热填料进行固化处理，可显著提高导热高分子材料的导热性能。在现实社会中，这类黏接剂主要应用于电子电气行业领域，它可以有效地粘接半导体管和散热器，进一步提高粘接部位的导热系数。另外，导热胶粘剂还可以应用到多层板的导热绝缘组装上，配合不同工艺制成的胶黏结剂，导热性可以满足其应用要求。

3 提高导热高分子材料应用效果的策略

3.1 选择合适的基体材料

导热高分子材料的导热性能的好坏在很大程度上取决于基体材料，因此，为了不断提升导热高分子材料的应用效果，就必须选择合适的基体材料。由于高分子材料本身就具有良好的导热性，在其应用与元器件中长时间处于高温的环境下，材料就容易出现变形的情况。所以，在高分子基体材料选择中可以选用塑料、橡胶等稳定性较好的物质作为基体，如硅橡胶、硅胶胶黏剂等，以防止基体材料在元器件处于长时间高温的状况不会出现老化、变形等问题。

3.2 改进填充材料表面的预处理

改进填充材料表面的预处理可以有效提升材料细微化水平，如果填充材料没有经过预处理，就难以发挥其应有的导热性能[2]。因此，在导热高分子材料的应用过程中，必须改进填充材料表面的预处理工作，以充分发挥其最大导热效果。填充材料表面的预处理可以用使用偶联剂、表面处理剂等，促进高分子高分子基体与导热填充量充分融合，如有必要，可加入一些处理剂，使导热效果最大化。比如，在高分子材料制作过程中，选用铝粉为导热填充材料，树脂作为基体材料，同时，选用甲醛对填充物进行表面预处理。通过检验可以发现，所使用的填充物与树脂高分子基体之间可以充分融合，然后，进一步使用偶联剂进行表面处理，最终生产的导热高分子材料导热性能可以提升10% 以上。

3.3 工艺条件的选择与优化

研究表明，导热高分子材料的填充物质与高分子基体之间的结合方式以及在填充过程中所使用的助燃剂顺序都会对最终高分子材料导热性能产生影响。因此，为了提高导热高分子材料的应用效果，有必要进行工艺条件的选择和优化。在导热高分子材料的填充过程中，如果填充物质的粒径不均匀，就会导致填充材料大量的堆积，从而有效提高导热高分子材料的导热性能。此外，当填充料粒径适中，且以适当的方式进行排布时，可提升基体材料的导热性，并降低其黏度。导热高分子材料生产过程中还应严格控制温度、压力等参数，此类参数发生变动均会导致导热高分子材料导热性能的变动。例如在生产硫化导热硅橡胶时，适当加压可提升材料导热性能[3]。

4 结束语

总之，从现阶段导热高分子材料的应用情况来讲，绝大多数的导热高分子材料都发挥出了应有的导热功效。我们只有将导热塑料、导热橡胶、导热胶粘剂选择合适的基体和填充材料，对生产工艺和加工环境进行优化，加强导热高分子材料导热性能的发挥，才能使导热高分子材料能够扩大应用范围，在更多的领域得到推广和使用。

参考文献

[1] 谢婵，彭富忠.导热高分子材料的研究与应用分析[J].低碳世界，2019（12）：267-268.

[2] 吴祥星.探析高分子材料工程的应用与发展[J].科技风，2019（2）：35.

[3] 杨国栋.试论导热高分子材料的实践应用[J].化工设计通讯，2016 （12）：50.