作為電子設(shè)備散熱體系的“橋梁”，導(dǎo)熱界面材料（TIMs）的性能直接決定芯片、電池等核心部件的壽命與穩(wěn)定性。長期以來，硅油基導(dǎo)熱材料憑借高導(dǎo)熱系數(shù)（5-10 W/m·K）、低硬度和易加工性占據(jù)市場主導(dǎo)地位，但其深層弊端在光學(xué)系統(tǒng)、醫(yī)療電子、新能源汽車、高算力芯片等高精尖或者硅敏感的應(yīng)用場景中逐漸暴露。比如，在長時(shí)間的受壓、受熱的環(huán)境，硅基聚合物會(huì)發(fā)生熱氧老化，此時(shí)主鏈上硅氧鍵會(huì)發(fā)生斷裂、重排，從而生成一些低分子硅氧烷析出，不僅會(huì)導(dǎo)致材料導(dǎo)熱性能呈指數(shù)級衰減，而且硅氧烷低分子物質(zhì)若遷移至相鄰元器件表面時(shí)，還會(huì)導(dǎo)致連接器老化、光學(xué)鏡頭霧化，甚至器件短路等風(fēng)險(xiǎn)， 而無硅導(dǎo)熱墊片采用無硅聚合物體系，原材料中不含硅分子，很好地解決了上述問題。

導(dǎo)熱硅脂在單機(jī)表面發(fā)生滲油現(xiàn)象（來源：網(wǎng)絡(luò)）

目前， 無硅導(dǎo)熱界面材料的聚合物基體主要有丙烯酸樹脂、聚氨酯、環(huán)氧樹脂以及聚酰亞胺等。不同的聚合物基體的分子結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)大相徑庭，這直接導(dǎo)致了以它們?yōu)榛w制成的非硅導(dǎo)熱界面材料在性能上也各有千秋。

一、丙烯酸樹脂

丙烯酸樹脂是一組衍生自丙烯酸或甲基丙烯酸的合成聚合物。合成的大分子鏈主要由碳鏈組成，碳鏈分為軟段和硬段。硬段主要由硬單體（甲基丙烯酸酯、苯乙烯等）組成，可以提高樹脂的硬度，軟段主要含有丙烯酸酯等軟單體，可以為樹脂提供柔韌性，其它功能單體如丙烯酸、馬來酸酐等用于共聚以提供不同性能。這種特殊的組成和結(jié)構(gòu)賦予了其一系列優(yōu)勢：

（1）操作性好：打膠時(shí)呈膏狀粘度，不會(huì)產(chǎn)生流掛，能夠輕松進(jìn)行手動(dòng)注膠，同時(shí)可以可在室溫，甚至可以在0 ℃以下的低溫下固化。

（2）固化迅速：丙烯酸系膠粘劑中的丙烯酸單體具有較高的反應(yīng)活性，在引發(fā)劑的作用下，能夠快速發(fā)生自由基聚合反應(yīng)，在幾分鐘至幾十分鐘內(nèi)完成固化。

（3）粘接性能強(qiáng)：丙烯酸作為導(dǎo)熱性結(jié)構(gòu)膠可為未預(yù)處理或僅作最低限度預(yù)處理的金屬、復(fù)合材料以及大多數(shù)熱塑性塑料提供優(yōu)異的附著力，無需底涂，即可為各種電子器件（如手機(jī)、筆記本散熱器，5G基站散熱片、新能源電池包）等提供快速粘接。

丙烯酸樹脂基導(dǎo)熱墊片（來源：）和導(dǎo)熱膠黏劑（來源：煙臺(tái)泰盛精化科技）

不過需要注意的是，由于丙烯酸樹脂的固化反應(yīng)放熱激烈，不適合大間隙的粘接和灌封。同時(shí)丙烯酸單體存在毒性高，對產(chǎn)品有腐蝕性，在應(yīng)用上有一定的限制。

二、聚氨酯

聚氨酯，是對主鏈上含有較多氨基甲酸酯基團(tuán)的大分子化合物的總稱，與丙烯酸樹脂一樣，其分子鏈同樣是由軟段和硬段組成的嵌段共聚物。不過，聚氨酯的軟段一般由聚酯或聚醚等柔性鏈段構(gòu)成，硬段則由異氰酸酯和擴(kuò)鏈劑反應(yīng)生成，軟段和硬段之間存在著明顯的極性差異，導(dǎo)致它們具有自發(fā)相分離的傾向過程，所以硬段容易聚集在一起形成微區(qū)，分散在軟段形成的連續(xù)相中。當(dāng)聚氨酯材料被拉伸時(shí)，首先是軟段非晶區(qū)分子鏈從卷曲變?yōu)樯煺梗饬Γ煺沟姆肿渔溁謴?fù)卷曲狀態(tài)，而硬段晶區(qū)在較大的應(yīng)力范圍內(nèi)不會(huì)出現(xiàn)分子鏈間滑動(dòng)，它為軟段拉伸提供了一個(gè)固定點(diǎn)，使拉伸過程中分子鏈間無相對滑動(dòng)，因此聚胺酯最突出的特點(diǎn)是，經(jīng)過控制結(jié)晶的硬段和不結(jié)晶的軟段之間的百分比，能夠得到非常優(yōu)異的柔軟性、回彈性和復(fù)原性，能夠很好的貼合散熱面，尤其適合用作動(dòng)態(tài)接縫或者對于防震性能有一定要求的導(dǎo)熱界面材料，如新能源汽車的電池模塊中。除此之外，由于原料選擇和合成技術(shù)的多樣性，聚氨酯灌封膠的成分設(shè)計(jì)有著極其廣泛的可調(diào)控變化范圍，比如可控的固化時(shí)間、優(yōu)異的耐候性和耐久性等...

聚氨酯導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)膠用于動(dòng)力電池（來源：金菱通達(dá)）

不過，對于聚氨酯導(dǎo)熱膠粘劑來講，金屬或塑料外觀的油脂與聚氨酯相容性差，而存在的水分會(huì)與膠粘劑中的一NCO基團(tuán)反應(yīng)產(chǎn)生氣泡，使膠與基材接觸外觀積降低，且使膠粘層內(nèi)聚力降低，因而使用時(shí)需要對表面進(jìn)行較為嚴(yán)格的處理或使用底涂材料。

三、環(huán)氧樹脂

環(huán)氧樹脂是指高分子鏈結(jié)構(gòu)中含有兩個(gè)或兩個(gè)以上環(huán)氧基團(tuán)的高分子化合物的總稱，屬于熱固性樹脂。由于環(huán)氧基的三元環(huán)結(jié)構(gòu)是指環(huán)氧基團(tuán)（C-O-C）中的氧原子與兩個(gè)碳原子連接形成的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，具有極高的化學(xué)反應(yīng)活性，因此其突出特點(diǎn)在于當(dāng)其與多種含有活潑氫的物質(zhì)，如胺類、酸酐類等固化劑發(fā)生開環(huán)加成反應(yīng)后，可以形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的固化物，從而與被粘物產(chǎn)生很強(qiáng)的粘結(jié)力，同時(shí)具有出色的硬度。而值得注意的是，這種開環(huán)加成反應(yīng)往往需要固化劑、催化劑等參與后才會(huì)發(fā)生，因此在常規(guī)的環(huán)境條件下，環(huán)氧樹脂又能夠保持較長的穩(wěn)定性，具有良好的耐腐蝕性，較慢的老化速度等眾多優(yōu)點(diǎn)，用作導(dǎo)熱灌封膠在電子封裝領(lǐng)域可謂為佼佼者，有助于電子元件能在惡劣環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行，極大延長了使用壽命。

環(huán)氧分子

目前，環(huán)氧灌封膠應(yīng)用范圍廣，技術(shù)要求千差萬別，品種繁多。從固化條件上分有常溫固化和加熱固化兩類，從劑型上又可分為有雙組分和單組分兩類。通常單組分環(huán)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。而常溫固化的雙組分環(huán)氧灌封膠固化過程極為緩慢，且耐熱性較差，適用于低壓電子器件，加熱固化的雙組分環(huán)氧灌封膠，固化物綜合性能優(yōu)異，適用于高壓電子器件。

四、聚酰亞胺

聚酰亞胺（PI）是分子主鏈中含有酰亞胺環(huán)（-CO-NH-CO-）的雜環(huán)聚合物薄材料，其綜合性能優(yōu)異，除了具有熱穩(wěn)定性（玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）通常在 200℃以上）和絕緣性能，還擁有較高的拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度和模量，在面對沖擊或振動(dòng)時(shí)，能夠提供優(yōu)異的抗破損能力。在導(dǎo)熱領(lǐng)域，常通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和有機(jī) / 無機(jī)雜化改性，將其制備成柔性聚酰亞胺薄膜后，來滿足柔性光電子器件的散熱需求。例如目前最具代表性的就是利用具有高取向性的石墨烯、六方氮化硼納米片等作為填料進(jìn)行定向結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制成的柔性聚酰亞胺復(fù)合薄膜以及直接將其惰性氣氛下加壓碳化、經(jīng)2800-3200℃的石墨化處理后壓制而成的石墨導(dǎo)熱膜，它們在平面上都具有連續(xù)、規(guī)則的導(dǎo)熱路徑，因此都可以充分利用平面內(nèi)導(dǎo)熱率，有效、快速地為電子設(shè)備“降溫”。

石墨/PI膜在手機(jī)中的應(yīng)用

然而，高質(zhì)量聚酰亞胺薄膜的研發(fā)、生產(chǎn)具有較高的技術(shù)壁壘，目前主要由美國杜邦、日本宇部興產(chǎn)、日本鐘淵化學(xué)和韓國SKPI等廠商壟斷，占據(jù)全球80%以上的市場份額，價(jià)格普遍偏高（約為65萬元/噸）。

參考文獻(xiàn)：

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

2、徐超超.丙烯酸樹脂基導(dǎo)熱墊片的制備與性能研究[D].華中科技大學(xué).

3、吳志強(qiáng).聚酰亞胺基導(dǎo)熱復(fù)合材料的設(shè)計(jì)制備與性能研究[D].東華大學(xué).

4、橡膠技術(shù)李秀權(quán)工作室，聚氨酯彈性的綜述.

5、熱管理實(shí)驗(yàn)室，一文帶您了解“導(dǎo)熱灌封膠”

6、化工技術(shù)交流匯，丙烯酸酯、聚氨酯、環(huán)氧樹脂三種材料全方面對比分析.

粉體圈Corange整理