聚合物基導(dǎo)熱復(fù)合材料具有耐腐蝕、質(zhì)輕等優(yōu)點，在航空航天、微電子包裝、換熱工程、化學(xué)工程和太陽能利用等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用（見下表）。其制備方法已成為研究的熱點之一。

聚合物基導(dǎo)熱材料在工業(yè)中的應(yīng)用

LED導(dǎo)熱塑料燈座，我想這應(yīng)該算是我們生活中最常見的導(dǎo)熱塑料。

今天小編將從導(dǎo)熱填料顆粒形貌的角度為大家簡單分析導(dǎo)熱填料對復(fù)合材料的影響。

一、填料形態(tài)

導(dǎo)熱填料從形態(tài)上主要分為不規(guī)則顆粒、類球形、球形、片狀、纖維狀等，其形態(tài)對導(dǎo)熱性能影響重大。填料在基體中能否相互搭接形成有效導(dǎo)熱通路是復(fù)合材料導(dǎo)熱性能優(yōu)異與否的關(guān)鍵。

球粒狀填料流動性好，在聚合物中填充性好，其搭接主要靠提高填料比例，使其互相接觸實現(xiàn);；而片狀填料由于擁有較高的徑厚比，有效搭接面積較大，有利于熱量的傳導(dǎo)；纖維狀填料由于具有極高的長徑比，使其更容易搭接從而實現(xiàn)導(dǎo)熱作用，此外，由于其特殊的結(jié)構(gòu)，在提高力學(xué)性能方面也有其獨特的優(yōu)勢。

二、幾種不同形貌的填料簡析

1、球形填料填充導(dǎo)熱復(fù)合材料

球形導(dǎo)熱填料主要分為金屬粒子和無機(jī)導(dǎo)熱粒子等。其中金屬粒子主要應(yīng)用于無絕緣要求的導(dǎo)熱材料，填料通常有金、銀、銅、鋅、鋁及其合金等；而無機(jī)導(dǎo)熱粒子多用于制備絕緣導(dǎo)熱復(fù)合材料，主要有氧化物、氮化物等。

在無機(jī)導(dǎo)熱粒子中，氧化鎂為白色或淡黃色粉末，耐火性良好。氮化鋁是原子晶體，具有低膨脹系數(shù)，高強(qiáng)度、高硬度和高熱導(dǎo)率。氮化硅電絕緣性優(yōu)異，熱導(dǎo)率高達(dá)180W/(m?K)，強(qiáng)度較高。

氮化硅粉

2、片狀填料填充導(dǎo)熱復(fù)合材料

根據(jù)導(dǎo)電性質(zhì)，片狀填料主要可以分為導(dǎo)電導(dǎo)熱填料和絕緣導(dǎo)熱填料兩大類。應(yīng)用較廣的片狀導(dǎo)電導(dǎo)熱填料有片鋁、片銀、鱗片石墨、石墨烯，而常用的絕緣導(dǎo)熱填料有六方氮化硼( H-BN) 、片狀Al₂O₃、片狀MgO 等。

鱗片石墨是以電子、聲子雙重機(jī)理傳遞熱量，有研究表明，在相同填充量下，粒徑小的鱗片石墨量越多，取向度越高，越容易形成導(dǎo)熱通路，提高熱導(dǎo)率，但粒徑過小會導(dǎo)致填料分散不均造成團(tuán)聚影響導(dǎo)熱效果。

六方氮化硼為石墨型晶格，俗稱白色石墨，質(zhì)輕難溶耐高溫。有研究人員，李以聚砜為基體，六方片狀氮化硼為導(dǎo)熱填料，使用雙輥開煉機(jī)在高溫熔融共混，在填充質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%時，其熱導(dǎo)率可達(dá)到2. 336 W/( m·K)。

片狀氧化鋁是一種新型特種氧化鋁，具有六角形片狀的結(jié)構(gòu)特征，擁有較大的徑厚比。這些特征使其保持氧化鋁的優(yōu)良性能的基礎(chǔ)上，還獲得了一定的表面活性、優(yōu)良的附著性及極好的屏蔽效應(yīng)等性能。有研究表明，不同形態(tài)的Al₂O₃的導(dǎo)熱行為有很大的不同，在填充量僅為15%時，片狀Al₂O₃復(fù)合材料的熱導(dǎo)率高達(dá)0. 962 W/( m·K) ，比較顆粒狀Al₂O₃填料提高了127%。在片狀Al₂O₃填充量為30%時，復(fù)合材料熱導(dǎo)率可達(dá)1. 52 W/( m·K) 。

片狀氧化鋁電鏡圖

3、纖維狀填料填充導(dǎo)熱復(fù)合材料

纖維狀填料主要有碳納米管、碳纖維、碳化硅晶須、玻璃纖維等。填料的長徑比越高、填充量越大，則填料之間越容易相互接觸而在基體中形成連續(xù)的導(dǎo)熱通路，從而提高復(fù)合材料的熱導(dǎo)率，此外纖維狀填料由于其結(jié)構(gòu)上的獨特性，還可有效降低由于填料增多而導(dǎo)致的力學(xué)性能急劇下降。

舉個例子，碳化硅晶須是一種晶格缺陷少且有一定長徑比的單晶纖維，具有相當(dāng)好的導(dǎo)熱性能、優(yōu)異的力學(xué)性能、高強(qiáng)度和抗高溫性能。研究人員以聚丙烯為基體，碳化硅顆粒和碳化硅晶須為導(dǎo)熱填料，利用共混/模壓分別制備了兩種填料單一填充和復(fù)合填充的導(dǎo)熱復(fù)合材料，在相同填充量時，晶須填充總是比顆粒填充的復(fù)合材料熱導(dǎo)率高，在填充質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40% 時，前者比后者熱導(dǎo)率高20% 以上且具有更優(yōu)良的力學(xué)性能。

參考文獻(xiàn)：

1、不同形態(tài)填料填充導(dǎo)熱復(fù)合材料的研究進(jìn)展，劉升華，朱金華，王紫瀟，海軍工程大學(xué)理學(xué)院。

2、散熱工程塑料研究與應(yīng)用進(jìn)展，郝魯陽，溫變英，寇宗斌，北京工商大學(xué)材料與機(jī)械工程學(xué)院；張宜鵬，張輝，北京市化學(xué)工業(yè)研究院。

作者：粉體圈小白