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导热塑料及其导热填料的应用

文章出处:行业动态 责任编辑:苏州沛德导热材料有限公司 发表时间:2024-03-01
  一、导热机理概述
       为了制作出具备优秀导热性的材料,理解其导热机理至关重要。热传导的本质是能量的传递,而不同材料传递能量的介质各不相同。在固态物质中,热传递的载体可以是电子、声子或光子,其中金属通过自由电子进行热传导,其导热系数远高于非金属。大多数聚合物材料由于缺乏自由电子,其热传导主要依赖于声子(即晶格振动的能量量子)。

       ​在填充型导热聚合物材料中,填料的高导热系数和良好的电绝缘性是关键。填料和聚合物基体的相互作用有助于热传导。如果填料具有导电性,热传导则涉及电子传热和填料与聚合物晶格振动的相互作用。复合材料的导热系数取决于填料的导热系数和其在材料中的含量。填料的适量添加对于形成有效的导热网链至关重要,但过量添加可能会牺牲材料的力学性能。

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二、常用的导热填料类型
       ​1. 金属填料:在聚合物中添加金属粉末可以有效提高导热性能。金属的热传导主要通过自由电子的移动实现,常用的金属填料包括Cu、Al、Ag等。然而,金属填料也存在导电性,可能不适合对电绝缘性要求较高的应用。
       ​2. 氮化物填料:如AlN、BN、Si3N4等,这些材料具有高导热系数、低热膨胀系数、低介电常数和耐高温特性,是提升绝缘体系导热性能的理想选择。BN作为填料填充环氧树脂制得的复合材料表现出良好的综合性能。
       ​3. 金属氧化物填料:如BeO、ZnO、Al2O3、SiO2等,它们既保证导热性能,又保持电绝缘性。BeO虽然导热系数高,但毒性大,需谨慎使用。Al2O3和SiO2因其良好的导热和电绝缘性能,在导热复合材料领域应用广泛。
       ​4. 其他无机非金属填料:包括碳系材料(石墨、炭黑、碳纳米管)、SiC和矿物原料等。碳系填料以其高导热系数和较低成本而受到青睐,但其导电性限制了应用范围。

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