隨著科學技術的發展,微電子技術的集成以及大功率電機的發展,對導熱材料的要求越來越高。統的金屬和金屬氧化物導熱材料在某些特殊場合無法滿足材料的隔熱要求。合材料由于其諸如耐化學性,優異的電絕緣性能以及優異的抗機械和疲勞性能等特性,已廣泛用于當今的電子和電氣行業。是,大多數聚合物材料的導熱率極低,通常相隔很遠。于1 W /(mK),限制了其在電子行業中的應用[1]。前,提高聚合物材料的導熱性的最有效方法是向聚合物基質中添加適量的高導熱性填料。[2]對于主要起絕緣材料作用的導熱材料,金屬氧化物(BeO,MgO,Al2O3,NiO等),碳化物(SiC,BC等)和金屬氮化物(AlN,Si3N4, BN等)[3至5]。充的導熱絕緣聚合物材料是通過將導熱填料添加到普通的絕緣聚合物材料中而制成的。于導熱電荷之間的相互作用,在聚合物基質中形成了網狀或鏈狀的導熱網絡,從而提高了導熱性。于導熱聚合物的導熱系數是由導熱電荷決定的,因此導熱電荷的類型,形狀,大小和比例對復合材料的導熱系數有很大的影響[6]。前,使用最廣泛的導熱填料是氧化鋁(Al2O3)[8]。化鋁具有高硬度,高耐熱性,良好的抗氧化性和低熱膨脹系數等優異性能,盡管與其他填料相比,其導熱系數為價格不高,但價格較低,貨源范圍更廣,填充量更大。此,它被廣泛用作聚合物填料,以提高其強度和導熱性[9,10]。驗表明,當裝料的填充量較小時,使用較大粒徑的Al2O3有助于提高導熱性。負載具有較高的填充量時,小粒徑的Al2O3可以更好地提高導熱性[11]。是,當Al2O3用作導熱填料時,復合材料的導熱系數很低,通常為1至1.5 W /(mK),無法再滿足當前技術的更高導熱系數要求。必然的發展趨勢。管氮化鋁具有高的熱導率,但是它很昂貴,因此通常將其與其他填料混合以進行熱改性。貞P等。[12]嘗試使用氮化鋁(AlN)[13-15]和氮化硼(BN)[16-18]的粉末混合物來提高復合材料的導熱性。驗結果表明,當相同粒徑的AlN和BN粉末的相對組成比為1:1時,電荷之間形成最大的填充度,界面的熱阻小,且納米晶的網狀結構。熱增加。這一點上,復合材料具有最佳的導熱性。熱系數可以達到8.0 W /(mK)。化硅(Si3N4)[19,4]作為導熱填料也具有出色的性能。文英等。[1]發現,通過使用填充有Si3N4的聚乙烯來提高其導熱系數,聚合物的導熱系數會隨著Si3N4顆粒的增加而降低。Si 3 N 4的粒徑為0.2μm并且填充的體積分數為20%時,聚乙烯的導熱率可以達到1.2W /(mK)。用偶聯劑對Si3N4進行表面處理后,熱導率可以達到1.8 W /(mK)。化硅(SiC)是具有強共價鍵的化合物。方晶系中通常存在α-SiC,而立方晶系中則存在β-SiC,類似于金剛石的結構。化硅具有耐腐蝕,耐高溫,高電阻,良好的導熱性和耐沖擊性的特征。時,它具有高導熱性,抗氧化性和良好的熱穩定性的優點。 C Nathaniel等。[21]用碳化硅作為導熱填料填充環氧樹脂,發現納米碳化硅可以促進環氧樹脂的固化,并且更容易在導熱硅脂中形成導熱路徑或導熱網絡鏈。
脂體系,降低了環氧樹脂的內部真空比,并提高了材料的導熱性。 是,在碳化硅合成過程中產生的碳和石墨難以去除,該產品純度低,導電率高,限制了其在對絕緣性能有要求的材料中的應用。;它的密度高,可用于有機硅粘合劑。易沉淀和分層[22]。機顆粒與有機樹脂基體之間的相容性差,并且顆粒易于聚集到基體中的基體中,難以有效地分散。外,由于無機顆粒和有機樹脂之間的表面張力的差異,顆粒的表面難以被樹脂潤濕,從而在兩者之間的界面處產生空隙,這增加了復合材料界面處的熱阻。須對導熱顆粒進行表面處理以改善兩者之間的界面。荷表面的潤濕程度會影響電荷的分散狀態,電荷與基質的結合強度以及基質與電荷之間的界面處的隔熱層的大小,特別是納米負載。果不能有效地改變表面,則不能改變為納米尺寸。散在聚合物基質中。導熱填料通過特殊工藝在基體中形成“隔離分布”時,即使少量也可使材料具有較高的導熱率[23]。此,改性填料顆粒并改善其在聚合物中的分布非常重要。前,顆粒表面的改性可以通過常規的偶聯劑如硅烷和鈦酸酯偶聯劑以及其他類型的表面處理劑進行改性。旦用硅烷偶聯劑對Si3N4進行了表面處理,帶電的高密度聚乙烯的導熱系數就可以從1.2 W /(mK)增加到1.8 W /(mK)[1]。一種表面改性是表面涂層。機顆粒或高分子量聚合物用于涂覆具有良好導熱性的金屬顆粒或碳納米管,以達到導熱和絕緣的目的。金超等。[20]通過用溶膠-凝膠法制備厚度為30至50 nm的二氧化硅(SiO2)封裝,研究了聚氨酯/二氧化硅多壁碳納米管的隔熱和電絕緣性能。以多壁碳納米管(SiO2-MWNT),由聚氨酯(PU)組成,制備了PU / SiO2-MWNT復合材料。于SiO2涂層的電絕緣,PU / SiO2-MWNT復合材料保留了PU的電絕緣性能。時,SiO2涂層用作過渡層,可減少PU和MWNT之間的模塊失配,減少聲子界面的擴散并提高PU / SiO2-MWNT復合材料的導熱性。SiO2-MWNT的質量分數為0.5%和1.0%時,PU / SiO2-MWNT復合材料的熱導率分別增加了53.7%和63.8%。同電荷的微表面形態具有不同的幾何結構和微觀形態,這對復合材料的性能影響很大。熱填料主要是粒狀,片狀和纖維狀。
果將導熱填料分散并結合在材料中以形成網狀或鏈狀的導熱網絡,則電荷適合于提高絕緣聚合物材料的導熱性。玉di等。[24]研究了粉末,晶須和超高分子量聚乙烯(UHMWPE)的熱導率,發現高于AlN臨界值的熱導率隨數量增加,表明內部形成了一種導熱路徑。論分析和實驗結果表明,在添加相同數量的AlN粉末的情況下,晶須和纖維對材料的導熱性有不同的影響。中,電纜晶須在改善材料的導熱性方面最有效,而粉末的效果最差。表明材料的導熱性與ALN的形狀及其在材料中的分布密切相關。荷顆粒的大小對系統的熱導率有一定影響。過超細微粉化處理,導熱劑電荷可以有效地提高其自身的導熱率。同的熱導率電荷,填料顆粒的尺寸越小,越有利于其在絕緣聚合物材料中的均勻分散,有利于熱電荷之間的相互接觸,而相互作用則有利于改善絕緣性能。熱系數。是,在高填料含量的情況下,基體樹脂內部會形成熱網絡鏈,而顆粒大小的影響可忽略不計[25,26]。明明等。[27]用納米Al2O3和微Al2O3分別作為導熱填料填充SBR苯乙烯-丁二烯橡膠樹脂,發現納米Al2O3系統的機械性能和導熱性優于該系統。同添加比例的微型Al2O3。C.Nathaniel等。[21]分別填充納米SiC和微米SiC作為導熱填料,發現納米SiC顆粒比微粒更能提高環氧樹脂的導熱性和機械性能。 相同尺寸單位下,對填充的導熱材料的機理進行分析,當粒徑變大時,彼此接觸的可能性變大,則更容易形成傳導路徑導熱性,從而促進導熱性的提高。S Z Yu [28]研究了不同粒徑的SiC填充實驗。據表明,在20℃且SiC的質量分數為20%時,隨著SiC顆粒尺寸的增大,導熱系數會增大。Kiho Kim等。[29]在用氮化硅改性的環氧樹脂的研究中發現,使用粒徑分別為1、8和12μm的氮化硅顆粒,并增加了含量為50?70%時??,粒徑為12μm時,含量為70質量%時,聚合物的熱導率最高,為4.11W /(mK)。填料的量低時,其熱導率對聚合物復合材料的總熱導率幾乎沒有影響。要原因是電荷量太小且熱阻高。熱電荷之間不能形成實際的接觸和相互接觸。
果,它幾乎對提高熱導率沒有影響,并且熱導率主要取決于基體樹脂。當導熱電荷的填充量達到一定的臨界值時,導熱電荷之間才能存在相互作用,并且可以在系統中形成網絡或鏈型熱網絡。從而提高其導熱系數。永存等[13]等對摻有氮化鋁(AlN)以提高導熱性的聚丙烯酸甲酯的研究表明,當摻入的AlN的體積分數從10%增至70% ,聚合物的導熱系數也有所提高。AlN的體積分數為50%時,導熱系數大大提高;當AlN的體積分數增加到70%時,聚合物的熱導率最高,達到1.87 W /(mK)。充的導熱絕緣聚合物材料越來越多地用于各個領域,但由于表面處理等因素,國內外導熱絕緣復合材料的研究進展并不理想。料的難點以及填料與樹脂基體混合的困難。合材料導熱性的提高阻礙了其在實踐中的應用。了改善復合材料的導熱性和導熱性,必須加深填料的選擇和處理。先,進一步研究各種傳統導熱填料的表面形態和尺寸對復合材料導熱系數的影響,測試不同類型和尺寸的填料的影響,并探索最佳的填料用量。;其次,研究填料的表面處理,以降低填料之間的熱阻并改善填料與樹脂基體之間的相互作用。 后,在未來的研究中,探索新的,更有效的導熱填料,以獲得具有優異性能的導熱絕緣聚合物材料。 本文轉載自 電纜 http://www.sup95.com