氫氧化鎂[Mg(OH)₂]是我們都很熟悉的一種阻燃劑，常被添加于高分子材料中，可提高具有易燃、發煙大等問題的高分子材料的安全系數。遭遇火情時，氫氧化鎂在受熱后會分解釋放出結合水以吸收大量的潛熱，降低所填充的合成材料在火焰中的表面溫度；同時它還能抑煙，大大降低燃燒時的煙密度，減少火災中受困者因濃煙窒息的風險。

氫氧化鎂粉體

這么優秀的阻燃劑，做好自己的本分工作就很好了。不過有時候它還能超常發揮——比如說最近就有研究員發現，在一定條件下，氫氧化鋁與其他導熱填料一同摻入高分子材料時，還能同時起到“協同導熱”的作用。

為啥要研究氫氧化鎂的導熱作用？

目前高導熱絕緣材料在航天航空與電氣設備等領域有著廣泛的應用，在電氣設備方面，隨著電力需求的快速增長，輸送電設備如變壓器、絕緣電纜的容量越來越大，產生的熱量越來越高，絕緣材料因此加速老化，導致設備使用壽命縮減，所以提高電力電纜中絕緣材料的導熱性能，對提升纜芯載流量有著重要的實際意義。

對于電纜材料來說，絕緣很重要，導熱也重要

目前國內外提升復合材料導熱性能主要是在聚合物基體中通過一定的共混方法摻雜熱導率較高的導熱填料。導熱填料種類繁多，目前單一填料導熱絕緣復合材料的研究已較為完善，突出的填料代表有氧化鋁(Al₂O₃)、氮化鋁(AlN)、氮化硼(BN)等。

其中AlN導熱系數非常高，但價格昂貴。為了獲得更好的導熱效果，應用上廠商往往會采取“混搭”的形式往高分子材料中加入兩種或兩種以上的導熱填料。針對上方提到的電力電纜絕緣材料，第二種填料的選取需要考慮電纜的剛需——電力電纜中常用絕緣材料的極限氧指數（LOI）大多在21%以下，這意味著這些材料在空氣中極易燃燒，而在絕緣材料中添加大量的阻燃劑可以提高復合材料的氧指數，在材料燃燒時能夠實現快速吸熱消煙，提高其可靠性和安全性，因此阻燃劑可以作為第二填料，也就是這項研究中使用的氫氧化鎂[Mg(OH)₂]。

摻入氫氧化鎂的影響

根據王儲等人的研究，Mg(OH)₂的摻入，主要帶來以下幾方面影響：

（1）在多填料復合材料中，Mg(OH)₂的摻入能夠提高復合材料的熱導率，且在軸向導熱性能方面與BNNs產生一定程度的協同作用，進一步提高了復合材料的軸向熱導率。

復合材料的軸向熱導率

（2）在不同摻雜含量下，厚度均會極大地影響材料的導熱性能，薄厚度下的復合材料相比于較厚厚度下的復合材料更容易促使BNNs沿試樣徑向排列，從而在宏觀上提高了復合材料的徑向熱導率，復合材料在熱導率方面表現出更強的各向異性。

復合材料的徑向熱導率

（3）在一定厚度下，當Mg(OH)₂填料含量與BNNs填料含量相近時，Mg(OH)₂會進一步增強BNNs的徑向排列度從而提高復合材料的徑向熱導率，當Mg(OH)₂填料含量遠高于BNNs填料含量時，Mg(OH)₂會抑制BNNs的徑向排列度從而降低復合材料的徑向熱導率，同時高填料含量Mg(OH)₂的摻入也會阻礙BNNs形成大型的導熱通路，同樣會降低復合材料的徑向熱導率。

左：單填料復合材料斷面形貌圖，可看出BNNs的徑向排列度很高；

右：多填料復合材料斷面形貌圖，大量Mg(OH)₂的摻入會阻斷 BNNs 的相互連接。

（4）Mg(OH)₂與BNNs的摻入均會提高復合材料在工頻下的介電常數與介質損耗因數，且介電性能隨著兩種填料含量的增加而增大，導致復合材料的介電性能下降，但相較于熱導率的提升幅度，復合材料的介電性能下降幅度較小。

總結

以上就是氫氧化鎂可以在電纜絕緣材料中協同導熱的原因。雖然相關研究目前還處于早期的階段，但也證明了類似的“非典型導熱材料”只要以合適的姿態出現在恰當的場合，就有可能發揮出乎意料的作用。2月26-27日，“第三屆全國導熱粉體材料創新發展論壇”即將在廣東東莞舉辦，如果您也有想要分享的成果，歡迎聯系我們給你舞臺！

資料來源：

王儲,汪京昊,連中杰,等. 氮化硼納米片/氫氧化鎂/聚乙烯復合材料導熱性能研究[J]. 絕緣材料,2022,55(7):34-40. DOI:10.16790/j.cnki.1009-9239.im.2022.07.006.

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