广东美的厨房电器制造有限公司 528311
摘要：现如今，我国科技快速发展的同时带动了电气设备集成化的提高，为此，为了增强电器器件的使用率以及稳定性，对于电器的散热要求也会越来越高，这意味着导热材料的选择也将逐渐增强。就我国高压发电机以及电动机结构而言，减少电机在工作中累计的热就可以减少机械中相对应性能的损耗，从而达到节能减排的目的。基于此，本文就从导热绝缘高分子材料研究与制备展开分析。
关键词：导热绝缘；高分子材料；研究与制备
1、绝缘导热高分子的发展需求
众所周知，国民经济以及国防工业的诸多领域中都广泛的运用这导热材料，然而，因为传统的导热材料通常为金属、非金属材料、金属氮化物、金属氧化物。正因如此，工业化以及科学技术的发展就要求增强导热材料的研究，不仅要考虑导热性能，还要让导热材料具有以下优点：易加工、密度小以及电绝缘性能高等优点。在某些领域中，导热材料不但要有较高导热能力，还需耐高温和优异的绝缘性。如电器设备中广泛使用的高散热界面材料及封装材料，电磁屏蔽、电子信息领域广泛使用的功率管、集成块、热管、集成电路、覆铜基板等元器件等都需高导热绝缘材料。金属材料耐化学腐蚀性差、电绝缘性差，无机陶瓷材料绝缘性好，但加工成型成本高，抗冲击性差，石墨导热优良，绝缘性和力学性能差。故传统导热材料由于自身的局限己经没有办法满足电绝缘场合的导热使用要求。于是高分子材料顺势而生，其不仅满足该类电气设备所需的性能，而且具有轻质、耐化学腐蚀、易加工成型、抗疲劳性能优良等一系列特点。令人遗憾的是，大部分高分子材料热导率非常低。根据电绝缘性可将导热高分子分为导电导热高分子和绝缘导热高分子两大类。绝缘导热高分子在绝缘散热及导热场合对于提高电气及微电子器件的精度和寿命具有重要意义。
2、导热机理
现如今，我们常说的导热系数或者传热系数就是热导率，其是材料的传热能力量度。表示物质导热能力大小的是导热率的数值，对于热导率而言，大的材料表示热导体，而小的材料则表示热绝缘体。热量的传递方式有三种，分别是：热对流、热辐射和热传导。在实际的热量传递中，这三种方式是并存且相互作用。物质内部传导热能的载体基本上为分子、电子、声子和光子。而其所对应导热过程可以分别用分子导热、电子导热、声子导热和光子导热机理来阐释。表征物质内部导热能力的大小一般用热导率表示，它表示在单位时间及单位导热距离单位温度变化时，单位面积所通过的热量。由于导热机理都是微观粒子相互的作用或碰撞，因此它们热导率的表达式应具有相同的形式，只是表达式中物理量的意义不尽相同罢了。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
导热性能是聚合物重要的物理性能，但与金属和无机材料不同的是，大部分聚合物都是饱和体系，并没有自由电子的存在，分子运动十分困难，因此热传导主要为晶格振动的结果，声子作为其主要热能载荷者。针对热流平衡计算，研究聚合物结构与性能的关系，聚合物加工工艺条件的选择和确定及聚合物材料应用的选择和对比等有重要意义。
3、影响聚合物基材料热导率的因素
3.1温度
众所周知，热导率与温度两者是呈正比的，然而，对于结晶聚合物以及无定型聚合物这两者具有本质上的区别，但非晶聚合物热导率的温度依赖性对于各种非晶聚合物，相关研究表明：在＞100K的温度区域，热导率随温度的升高而增大，即为与热容成正比。但是当温度超过该温度后，热导率却会随温度升高而下降。
3.2取向
我们都知道，热导率受取向影响很大的是高聚物，而拉伸非晶态聚合物中大分子链会向拉伸方向倾斜，但是，因为链的共价键比链间范德华力更大，所以，沿拉伸方向的热导率会比垂直方向的热导率要强，与此同时，也会形成强烈的各向异性。综上所述，在结晶聚合物热导率中各向异性来的更加猛烈。也就是说结晶聚合物热导率在低温时受拉伸取向的影响不大，但高温时影响会非常大。
3.3交联程度、辐射剂量和流体静压力
因为空间网络密度的增强，那么非晶聚合物的热导率将会由于交联剂用量的加大而加强。但对结晶聚合物，增大辐照剂量会因结晶度降低和熔体热导率增大而使聚合物热导率减小。当流体静压力提高时，聚合物的自由体积分数减小，从而热导率增大。
3.4填料
现如今，聚合物基复合材料的热导率取决于填料颗粒的形状及其在基体中的紧密堆积结构，利用颗粒在基体中的紧密度堆积结构可以实现传热通路。Teng等使用多壁碳纳米管和氮化铝作为填料填充环氧树脂。
4、制备方法
目前，国外的高导热绝缘高分子材料通常是掺混型，即用既绝缘有导热且无机的填料掺杂到特定的绝缘材料之间的。而用无机导热填料代替其中部分的高分子，结果会让整个绝缘系统的导热性能全面得到提升。譬如在环氧树脂中加入适量的氮化铝填料，换句话说就是将有序的晶格结构材料用相对无序的晶格结构材料替代，从而使整个绝缘体系的导热性能提高。填料的形状和分布影响总体导热性能，平面结构优于球形结构。按照基体分类，填充型绝缘导热高分子大致分绝缘导热塑料、导橡胶、导胶粘剂、导涂层及其它。
现如今，有以下两种方法制备聚合物导热材料，分别是为：①合成具有本征结构的聚合物，由电子导热机制进行导热，导热的同时也会导电。本征导热聚合物具有密度低、价格贵、工艺多、难加工等一系列缺点，基本不能实现规模化生产。②在基体树脂中填充较高传热系数的无机填料来制备复合型导热材料。与合成高导热的结构聚合物相对比而言，复合型聚合物基导热材料有工艺简单、价格便宜和易于加工等等的优点，所以说这可以有效地提高塑料热导率。在实际当中用高导热无机填料对聚合物基体填充非常常见。
导热填料基本上是微纳米级尺寸，填料颗粒的团聚在混合过程中是其基本难点，解决该难点的在于选择合适的制备方法。制备聚合物基导热复合材料的方法虽然多中多样，但是最为常见的有粉末法、熔融法和溶液法。不同的制备方法对填料在基体树脂中的分散性好坏有着不同的影响，正因如此制备方法对复合材料的热导率也有很大的影响。
研究表明粉末法优于熔融法优于溶液法。同时一系列的实验表明，组分间的分散方式对复合材料的导热系数有很大影响。在填充量比较低时，两种制备方法获得的复合材料的导热系数接近；但是在填充含量比较高的时候，用粉末法制备的HDPE/BN复合材料的热导率就要比用熔融共混法制备的HDPE/BN复合材料的热导率高很多。而在粉末法中，氮化硼粒子环绕在基体树脂周围，填料能够互相连接形成导热网链，但在熔融共混法中，氮化硼粒子则均匀分散在HDPE中，粒子几乎完全被HDPE基体树脂所包覆，粒子无法互相接触，因此导热系数较低。
结束语
在电子、信息产业高度发达的现代社会，电子设备得到广泛应用，而电子设备的材料性能己成为其发展的主要瓶颈。特别是对尺寸进一步微细化的超大规模集成电路、纳米电子元件。高分子材料具有质轻、易加工、绝缘和耐腐蚀一系列优秀的特点。由此可知在目前聚合物基导热绝缘高分子复合材料在越来越多的领域发挥着越来越重要的作用，势必会为电气设备的发展做出更多的贡献。
参考文献
[1]穆静静.导热绝缘高分子材料阐述[J].电子世界，2016.
[2]戴铭阳.绝缘高分子材料中导热填料的应用[J].赤子，2017.
论文作者:李海林
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第10期
论文发表时间:2018/9/4
标签：聚合物论文; 填料论文; 材料论文; 基体论文; 复合材料论文; 高分子论文; 性能论文; 《建筑学研究前沿》2018年第10期论文;