中國粉體網(wǎng)訊 導(dǎo)熱電絕緣復(fù)合材料總體上可以分為填充型和本征型兩類。其中，填充型導(dǎo)熱復(fù)合材料是指在普通的絕緣聚合物材料中添加改性后的導(dǎo)熱填料，通過導(dǎo)熱填料的高熱導(dǎo)率和彼此之間形成的導(dǎo)熱通路，以此達(dá)到提升材料的導(dǎo)熱性能的目的。
石墨烯、碳納米管、陶瓷材料和金屬填料等均是常用的導(dǎo)熱填料，其中陶瓷填料的適用性更廣，即使在惡劣環(huán)境下也有廣泛的應(yīng)用。陶瓷填料主要包括BN、AlN、SiC等，借助于陶瓷材料優(yōu)異的抗酸堿與抗腐蝕性能，其在酸堿環(huán)境下需求換熱的領(lǐng)域可以發(fā)揮重要的作用。
影響復(fù)合材料導(dǎo)熱性能的因素
填料含量和粒徑的影響
填料的粒徑和使用量對改性基體材料的熱導(dǎo)率有顯著影響。同一種導(dǎo)熱填料，填料粒徑和尺寸越小，在聚合物材料中的分散越有利，從而有利于提高熱導(dǎo)率。此外，導(dǎo)熱填料之間的相互接觸和相互作用也更加明顯。在高填充量下，粒徑大小對熱導(dǎo)率影響將減弱，這是因為填料在基體樹脂內(nèi)部已經(jīng)形成導(dǎo)熱網(wǎng)鏈，粒徑大小對其分散作用已經(jīng)不再明顯。
填料形狀的影響
研究人員以球狀氮化硼（s-BN）和片狀氮化硼（f-BN）為填料，制備了填充BN的環(huán)氧復(fù)合材料，研究了不同形態(tài)的BN對復(fù)合材料導(dǎo)熱性能的影響。研究表明：通過斷口形貌觀察到均勻分散的BN粒子在環(huán)氧基體內(nèi)部形成了導(dǎo)熱通路。當(dāng)加入氮化硼薄片時，復(fù)合材料的熱導(dǎo)率有了更大的提升，這是因為片狀的BN填料與基體的接觸面積更大，容易形成三維的導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)。填充量為30%的f-BN/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的熱導(dǎo)率為0.93W/mK。
研究人員通過實驗研究了具有近乎矩形和球形的納米顆粒形狀的ZnO納米流體的熱導(dǎo)率。結(jié)果表明：與基礎(chǔ)流體相比，球形納米顆粒和近似矩形納米顆粒的ZnO納米流體的熱導(dǎo)率在5.0vol%時分別提高了12%和18%，這說明ZnO顆粒的形狀對熱導(dǎo)率的提高具有顯著的影響。矩形的納米ZnO顆粒相互接觸的幾率更大，更容易形成三維的導(dǎo)熱通路和網(wǎng)絡(luò)，同時相鄰矩形的ZnO顆粒之間熱阻更小，熱量的傳輸更加通暢。
填料表面處理的影響
通常來說，填料填充到聚合物基體中后，填料和基體界面間相容性很差，導(dǎo)致填料很難均勻分散在基體中。未經(jīng)處理的填料容易聚集成團(tuán)，同時兩者表面張力的差異使得其界面存在空隙，不利于界面熱阻的降低。通過一定的加工和表面改性可以改善二者的界面結(jié)合情況，有利于界面熱阻的降低，一般可以通過對導(dǎo)熱填料進(jìn)行適當(dāng)?shù)谋砻嫣幚砘虬�，加強其界面結(jié)合力，減小界面的影響。目前主要方法有物理包覆處理和表面化學(xué)改性。
改性前填料與基體之間是機械結(jié)合，兩者界面之間可能會有空隙甚至是缺陷，這會影響復(fù)合材料的整體性能。表面改性后，填料與基體之間為共價鍵結(jié)合，這種結(jié)合方式使得兩者界面結(jié)合更加緊密，復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能也更加優(yōu)異。
成型工藝的影響
復(fù)合材料的成型工藝會影響填料在基體中的分布和導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)鏈的形成。在加工過程中，可以控制填料沿預(yù)定方向排列，以在單個方向上獲得高導(dǎo)熱率。目前，常用的加工方法主要包括粉末混合法、溶液混合法、熔融混合法和雙輥混合法。
例如為了制備單一方向?qū)嵝阅芰己玫牟牧�，可采用外加電場的方法使�?dǎo)熱填料沿?zé)崃鞣较蚨ㄏ蚍植�。研究人員將氮化硼填充到有機硅中，并研究了外加電場對氮化硼在有機硅復(fù)合材料中填料熱流方向定向分布的影響。結(jié)果表明：交流電場和直流電場均有利于氮化硼形成取向?qū)峋W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其中交流電場對氮化硼的作用要高于直流電場。當(dāng)?shù)鹛畛浜繛?0wt%時，經(jīng)電場作用的復(fù)合材料的熱導(dǎo)率比未經(jīng)電場作用的高250%。
資料來源：李啊強：基于AlN改性的導(dǎo)熱/電絕緣PEEK復(fù)合材料的制備與性能研究，南京航空航天大學(xué)
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/平安）
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