隨著電子器件性能的不斷提升，其運行過程中產生的熱量管理問題已成為影響設備穩定性和使用壽命的關鍵因素之一。為了高效散熱，市場上涌現出多種導熱復合材料，如導熱膠黏劑、導熱硅脂、導熱墊片等，它們各有側重。

其中，導熱灌封膠不僅具備良好的導熱性能，還兼具出色的密封性和機械保護作用，能夠將電子元器件在使用過程中產生的熱量有效傳導至殼體，同時起到固定、防水、防塵和防震的全方位保護效果。

根據材料組成和性能特點，導熱灌封膠主要分為有機硅灌封膠、環氧灌封膠和聚氨酯灌封膠三大類。它們在導熱效率、粘接性能、耐溫范圍等方面各有特點，并廣泛應用于高溫設備、精密電子器件、新能源電池等領域。

本文將系統分析三種導熱灌封膠的材料特點、工藝類型、優勢與應用場景，同時與其他導熱復合材料進行對比，并展望導熱灌封膠在未來熱管理領域的發展潛力。

不同基底的灌封膠

在選擇導熱灌封膠時，基底材料的選擇至關重要。不同的基材不僅決定了灌封膠的導熱性能和機械性能，還影響其在特定應用場景中的適配性。常見的三類基底——有機硅、環氧樹脂和聚氨酯，各自具備獨特的優勢和局限性，需要根據具體使用需求進行合理選擇。

1、有機硅灌封膠

有機硅是一種以硅氧鍵為主鏈的聚合物材料，因具有卓越的耐高低溫性、電氣絕緣性、耐候性、憎水性和耐化學腐蝕性，同時具備優異的加工性能和成型特性，現已成為電子工業中的重要基礎材料。

有機硅

雖然有機硅灌封膠硬度低、機械性能差且粘結力不強，但它在高溫條件下性能表現穩定，因此是一種很常見的電子封裝材料，主要應用于修補灌封后的電子器件及設備。有機硅灌封膠主要分為單組分和雙組分，單組分需要高溫才能固化，雙組分常見的有加成型和縮合型，其中縮合型附著力差且存在固化問題。

2、環氧灌封膠

環氧灌封膠是一種環氧樹脂基體與功能性填料混合而成的封裝材料，在航空航天等領域廣泛用于連接或密封設備。盡管具有優異的粘接性能，良好的耐腐蝕性，較慢的老化速度，較高的硬度等眾多優點，但價格高、固化時間長、有毒性等缺點限制了它的應用。

環氧灌封膠

環氧灌封膠可根據其成分的不同分為單組分環氧灌封膠和雙組分的灌封膠。單組分環氧灌封膠采用潛伏性固化劑，耐高溫性和粘接性出色，使用簡便但成本高。雙組分環氧灌封膠常溫固化適用于低壓電子器件，加熱固化適用于高壓電子器件。

3、聚氨酯灌封膠

聚氨酯灌封膠的分子主鏈結構中含有許多帶極性基團和活性反應基團。由于原料選擇和合成技術的多樣性，聚氨酯灌封膠的成分和結構設計有著極其廣泛的可調控變化范圍。因此，聚氨酯灌封膠具備很廣泛的產品系列，可應用于不同基材和多樣性能需求的領域。這一特性使得聚氨酯材料具備許多優勢，如耐久性優異、粘接性能優異、高耐腐蝕性、減震能力強等。

聚氨酯灌封膠

導熱填料及表面改性劑

導熱填料是提升灌封膠導熱性能的核心組成部分，這些填料通過在基體中形成導熱通路，大幅提高灌封膠的熱傳導效率。然而，由于填料與基體材料之間的界面不匹配，可能導致填料分散不均或界面熱阻過高，從而影響導熱性能。

為改善這一問題，表面改性劑的引入顯得尤為重要。表面改性劑可以對填料進行表面處理，增強其與基體的相容性，降低界面熱阻，同時提升灌封膠的流動性和加工性能。通過科學設計導熱填料與表面改性劑的配比和處理工藝，可以進一步優化灌封膠的綜合性能，滿足不同領域對導熱材料的多樣化需求。

1、導熱填料

導熱填料主要分為碳基填料，金屬填料以及陶瓷填料。金屬填料有Cu、Al等，它們自身的熱導率很高，但絕緣性很低，所以不適用于對絕緣性有一定要求的領域；碳基填料主要有石墨烯和碳納米管等，相比較于金屬填料熱導率更高，導電性能優異、耐腐蝕性更優異以及相對較低的熱膨脹系數，但成本偏高，改性過程相對復雜，無法大規模推廣應用于各個領域；陶瓷材料主要有SiC、AlN等，其導熱性能優異，同時還具備較高的絕緣性能，因此其多使用于對絕緣性有一定要求的電子元器件。目前常用的導熱填料在常溫下的導熱系數如表所示。

氮化鋁填料

另外，填料的導熱系數的大小，粒徑以及形狀都會影響材料整體的導熱性能。導熱填料自身的導熱性能越高，復合材料整體的導熱性能也相對越高。導熱填料的粒徑及形狀則會影響填料在基體中的分布方式及致密程度，分布方式更合理，致密程度更高，更容易有效地構建導熱網絡，因此它們對復合材料的導熱性也存在影響。

不同形狀填料間復配的協同作用

導熱填料在復合材料中的填充量，分散程度以及填料與基體之間的相互作用程度也都會對復合材料的導熱性能有影響。隨著填充量的慢慢增加，填料的致密性也在慢慢增加，當填充量達到一定數值后，使得分散在基體中的填料能夠相互接觸，有效地構成導熱網絡，使得熱量能夠快速有效的傳輸，從而提高復合材料整體的導熱性能。

2、表面改性劑

經過研究發現，只是簡單的摻混導熱填料，提高填料的填充量，可以提高復合材料的導熱性能，但無法使得導熱復合材料的導熱性能得到最大的提升。解決上述問題最為常見的方法就是使用表面改性劑改性導熱填料，提高填料在基體中的分散性，加強填料與基體之間的相互作用，提高填料與基體之間的結合程度，進而進一步提高導熱復合材料的導熱性能。

（1）偶聯劑改性

目前，導熱填料表面改性劑最常用的是偶聯劑。這其中應用最為廣泛的就是硅烷偶聯劑，由于它特有的分子結構，使得它既存在能和無機材料結合的基團，又存在能和有機材料結合的基團。通過這種方式它就可以將差異很大、相性較差的兩種材料連接起來，加強材料之間的相互作用力，進而使得復合材料有更加優異的性能。

偶聯劑工作原理

（2）表面接枝改性及有機物包覆

除了偶聯劑，還可以使用特殊的改性劑對導熱填料進行表面接枝改性或者使用有機物包覆導熱填料。如Yang等首先用聚鄰苯二酚/聚胺（PCPA）對功能化BN片進行改性，然后用雙-（γ-三乙氧基硅丙基）-四硫化物接枝改性BN片，而后與天然橡膠共混制備成復合材料。結果表明導熱填料改性后的復合材料的導熱性能與力學性能都得到顯著提高。

結語

綜上所述，導熱灌封膠因其優異的導熱性能與多功能保護作用，在電子器件熱管理領域中發揮著不可或缺的作用。通過科學選擇基底材料、優化導熱填料的種類與分散性，并合理引入表面改性劑，可顯著提升導熱灌封膠的綜合性能，滿足各類復雜應用需求。未來，隨著新型材料和工藝的不斷發展，導熱灌封膠將在電子、汽車、新能源等領域展現更廣闊的應用潛力，助力高性能設備的長效穩定運行。

資料來源：

1、袁浩楠.基于改性導熱填料高導熱聚氨酯灌封膠的研究[D].山東理工大學,2024.

2、朱洪濤,李紅強,吳向榮,等.導熱有機硅材料的研究進展[J].有機硅材料,2023,37(05):70-77.

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