傳統(tǒng)的塑料多為絕熱塑料或者導(dǎo)熱系數(shù)非常低的材 料。1998年Coolpolymer較早先將具有導(dǎo)熱性能的導(dǎo)熱塑料實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化。并將其廣泛應(yīng)用于照明、汽車、電子電力、醫(yī)用設(shè)備等。近二十年來(lái),導(dǎo)熱 塑料得到迅猛的發(fā)展。那么導(dǎo)熱塑料是怎么樣的?它的導(dǎo)熱機(jī)理又是什么?就讓小編帶大家一起來(lái)了解一下。
一、什么是導(dǎo)熱塑料
導(dǎo)熱塑料是利用導(dǎo)熱填料(包括粒子、纖維、層片等)對(duì)高分子基體材料進(jìn)行均勻填充,以提高其導(dǎo)熱性能。導(dǎo)熱性能的好壞主要用導(dǎo)熱系數(shù)(單位:W/(m.k))來(lái)衡量。
二、常用基體材料與填料
導(dǎo)熱塑料主要成分包括基體材料和填料?;w材料包括PPS、PA6、PA66、PA12、PA46、LCP、TPE、PC、PP、PPA、PEEK等。
填料包括以下金屬和無(wú)機(jī)填料:
(1)金屬粉末填料:銅粉、鋁粉、鐵粉、錫粉、鎳粉等;
(2)金屬氧化物:氧化鋁、氧化鉍、氧化鈹、氧化鎂、氧化鋅;
(3)金屬氮化物:氮化鋁、氮化硼、氮化硅;
(4)無(wú)機(jī)非金屬:石墨、碳化硅、碳纖維、碳納米管、石墨烯、碳化鈹?shù)?br>
三、導(dǎo)熱塑料的分類
導(dǎo)熱塑料可分為:導(dǎo)熱導(dǎo)電塑料和導(dǎo)熱絕緣塑料。絕大多數(shù)導(dǎo)熱塑料的電絕緣性能,較終是由填料粒子的絕緣性能決定的。
1、絕緣導(dǎo)熱塑料
絕緣導(dǎo)熱塑料中主要的成分包括:塑料+填料+其他,其中填料包括:
金屬氧化物 Al2O3、MgO、SiO2;
金屬氮化物 AlN、Si3N4、BN 及 SiC 、B4C3等;
由于填料粒子屬于非導(dǎo)電粒子,從而導(dǎo)致塑料絕緣。這一類導(dǎo)熱塑料的導(dǎo)熱系數(shù)并不高,一般為1.5W/m.k 左右。
2、導(dǎo)電導(dǎo)熱塑料
導(dǎo)電導(dǎo)熱塑料的主要成分包括:塑料+填料+其他,其中填料包括:金屬粉、纖維、石墨、碳纖維、CNT、石墨烯等,由于這一類填料屬于導(dǎo)電粒子,因此其對(duì)應(yīng)的導(dǎo)熱塑料也是導(dǎo)電的。這一類導(dǎo)熱塑料的導(dǎo)熱系數(shù)較高,一般能做到5.0W/(m.k)以上。
四、導(dǎo)熱塑料的導(dǎo)熱機(jī)理
導(dǎo)熱塑料的導(dǎo)熱性能取決于聚合物與導(dǎo)熱填料的相互作用。不同種類的填料具有不同的導(dǎo)熱機(jī)理。
1、金屬填料的導(dǎo)熱機(jī)理
金屬填料的導(dǎo)熱主要是靠電子運(yùn)動(dòng)進(jìn)行導(dǎo)熱,電子運(yùn)動(dòng)的過(guò)程伴隨著熱量的傳遞。
2.、非金屬填料的導(dǎo)熱機(jī)理
非金屬填料導(dǎo)熱主要依靠聲子導(dǎo)熱,其熱能擴(kuò)散速率主要取決于鄰近原子或結(jié)合基團(tuán)的振動(dòng)。包括金屬氧化物、金屬氮化物以及碳化物。
五、影響導(dǎo)熱塑料導(dǎo)熱系數(shù)的因素
1、聚合物基體材料的種類和特性
基體材料的導(dǎo)熱系數(shù)超高,填料在基體的分散性越好及基體與填料結(jié)合程度越好,導(dǎo)熱復(fù)合材料導(dǎo)熱性能越好。
2、填料的種類
填料的導(dǎo)熱系數(shù)越高,導(dǎo)熱復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能越好。
3、填料的形狀
一般來(lái)說(shuō),容易形成導(dǎo)熱通路的次序?yàn)榫ы?>纖維狀 > 片狀 > 顆粒狀,填料越容易形成導(dǎo)熱通路,導(dǎo)熱性能越好。
4、填料的含量
填料在高分子的分布情況決定著復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能。當(dāng)填料含量較小時(shí),起到的導(dǎo)熱效果不明顯;當(dāng)填料過(guò)多時(shí),復(fù)合材料的力學(xué)性能會(huì)受到較大的影響。而當(dāng)填 料含量增至某一值時(shí),填料之間相互作用在體系中形成類似網(wǎng)狀或者鏈狀的導(dǎo)熱網(wǎng)鏈,當(dāng)導(dǎo)熱網(wǎng)鏈的方向與熱流方向一致時(shí),導(dǎo)熱性能較好。因此,導(dǎo)熱填料的量存 在著某一臨界值。
5、填料與基體材料界面的結(jié)合特性
填料與基體的結(jié)合程度越高,導(dǎo)熱性能越好,選用合適的偶聯(lián)劑對(duì)填料進(jìn)行表面處理,導(dǎo)熱系數(shù)可提高10%—20%。
導(dǎo)熱塑料作為一種全新的材料,具有塑料優(yōu)異的成型加工條件,同時(shí)導(dǎo)熱金屬具有更低的密度,更低的成本,可以替代金屬應(yīng)用于多種應(yīng)用場(chǎng)合下的散熱部件,引領(lǐng)著散熱部件向更輕量化、更環(huán)保邁進(jìn)。
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