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導熱塑料的主要參數是什麼


  傳統的塑料多為絕熱塑料或者導熱系數非常低的材料。1998年Coolpolymer首先將具有導熱性能的導熱塑料實現了商業化。並將其廣泛應用于照明、汽車、電子電力、醫用設備等。近二十年來,導熱塑料得到迅猛的發展。那麼導熱塑料是怎麼樣的?它的導熱機理又是什麼?
  一、什麼是導熱塑料 
  導熱塑料是利用導熱填料(包括粒子、縴維、層片等)對高分子基體材料進行均勻填充,以提高其導熱性能。導熱性能的好壞主要用導熱系數(單位︰W/(m.k))來衡量。
  二、常用基體材料與填料
  導熱塑料主要成分包括基體材料和填料。基體材料包括PPS、PA6、PA66、PA12、PA46、LCP、TPE、PC、PP、PPA、PEEK等。
  填料包括以下金屬和無機填料︰
  (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 ;
  (4)無機非金屬︰石墨、碳化 、碳縴維、碳納米管、石墨烯、碳化鈹等。
  三、導熱塑料的分類
  導熱塑料可分為︰導熱導電塑料和導熱絕緣塑料。絕大多數導熱塑料的電絕緣性能,最終是由填料粒子的絕緣性能決定的。
  1、絕緣導熱塑料絕緣導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電粒子,從而導致塑料絕緣。這一類導熱塑料的導熱系數並不高,一般為1.5W/m.k 左右。
  2、導電導熱塑料
  導電導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、縴維、石墨、碳縴維、CNT、石墨烯等,由于這一類填料屬于導電粒子,因此其對應的導熱塑料也是導電的。這一類導熱塑料的導熱系數較高,一般能做到5.0W/(m.k)以上。
  四、導熱塑料的導熱機理,導熱塑料的導熱性能取決于聚合物與導熱填料的相互作用。不同種類的填料具有不同的導熱機理。
  1、金屬填料的導熱機理
  金屬填料的導熱主要是靠電子運動進行導熱,電子運動的過程伴隨著熱量的傳遞。
  2、非金屬填料的導熱機理
  非金屬填料導熱主要依靠聲子導熱,其熱能擴散速率主要取決于鄰近原子或結合基團的振動。包括金屬氧化物、金屬氮化物以及碳化物。
  五、影響導熱塑料導熱系數的因素
  1、聚合物基體材料的種類和特性
  基體材料的導熱系數超高,填料在基體的分散性越好及基體與填料結合程度越好,導熱復合材料導熱性能越好。
  2、填料的種類 
  填料的導熱系數越高,導熱復合材料的導熱性能越好。
  3、填料的形狀
  一般來說,容易形成導熱通路的次序為晶須 >縴維狀 > 片狀 > 顆粒狀,填料越容易形成導熱通路,導熱性能越好。
  4、填料的含量
  填料在高分子的分布情況決定著復合材料的導熱性能。當填料含量較小時,起到的導熱效果不明顯;當填料過多時,復合材料的力學性能會受到較大的影響。而當填料含量增至某一值時,填料之間相互作用在體系中形成類似網狀或者鏈狀的導熱網鏈,當導熱網鏈的方向與熱流方向一致時,導熱性能最好。因此,導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合特性
  填料與基體的結合程度越高,導熱性能越好,選用合適的偶聯劑對填料進行表面處理,導熱系數可提高10%—20%。 導熱塑料作為一種全新的材料,具有塑料優異的成型加工條件,同時導熱金屬具有更低的密度,更低的成本,可以替代金屬應用于多種應用場合下的散熱部件,引領著散熱部件向更輕量化、更環保邁進。
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