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高導(dǎo)熱填料/導(dǎo)熱氧化鋁為什么在硅橡膠領(lǐng)域難發(fā)揮導(dǎo)熱性能

東超 2024-09-25 | 閱讀：368

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一、引言

1. 硅橡膠導(dǎo)熱性能的重要性

硅橡膠因其優(yōu)異的絕緣性、耐熱性和柔韌性在電子電器等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。然而，其低導(dǎo)熱性能限制了其在散熱方面的應(yīng)用，提升硅橡膠的導(dǎo)熱性成為行業(yè)關(guān)注的焦點。

2. 高導(dǎo)熱填料/導(dǎo)熱氧化鋁的應(yīng)用背景

為了提高硅橡膠的導(dǎo)熱性，研究者們引入了高導(dǎo)熱填料，如導(dǎo)熱氧化鋁。導(dǎo)熱氧化鋁因其高熱導(dǎo)率和成本低廉而備受關(guān)注，但在硅橡膠中的應(yīng)用效果并不理想。

二、硅橡膠與導(dǎo)熱氧化鋁的基本性質(zhì)

1. 硅橡膠的物理和化學(xué)特性

硅橡膠是一種具有良好耐熱性、耐寒性、電絕緣性和化學(xué)穩(wěn)定性的高分子材料。它由硅氧鍵構(gòu)成的主鏈結(jié)構(gòu)賦予了其獨特的柔韌性和回彈性能，但這些特性也導(dǎo)致了其較低的熱導(dǎo)率，通常小于0.5 W/(m·K)。

2. 導(dǎo)熱氧化鋁的導(dǎo)熱機制和性質(zhì)

導(dǎo)熱氧化鋁是一種常用的導(dǎo)熱填料，具有較高的熱導(dǎo)率（約30 W/(m·K)），其導(dǎo)熱性能主要源于其晶體結(jié)構(gòu)和自由電子的運動。導(dǎo)熱氧化鋁的顆粒形狀、粒徑和表面特性對其在復(fù)合材料中的導(dǎo)熱效果有重要影響。

3. 硅橡膠與導(dǎo)熱氧化鋁的兼容性

硅橡膠與導(dǎo)熱氧化鋁的兼容性較差，主要表現(xiàn)在兩者之間的界面相互作用較弱，導(dǎo)致導(dǎo)熱填料在硅橡膠基體中難以形成有效的熱傳導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)。此外，硅橡膠的粘彈性和導(dǎo)熱氧化鋁的剛性差異，也使得兩者在混合過程中難以實現(xiàn)良好的分散和界面結(jié)合。

三、導(dǎo)熱氧化鋁在硅橡膠中的分散性問題

1. 分散性概述

導(dǎo)熱氧化鋁在硅橡膠中的分散性是影響導(dǎo)熱性能的關(guān)鍵因素之一。良好的分散性能夠確保填料均勻分布在橡膠基體中，形成有效的熱傳導(dǎo)路徑。然而，實際操作中，導(dǎo)熱氧化鋁在硅橡膠中的分散往往存在一定問題。

2. 分散性不佳的原因

分散性不佳的原因主要包括導(dǎo)熱氧化鋁的表面特性、粒徑大小和形狀，以及硅橡膠的粘度。導(dǎo)熱氧化鋁顆粒易于團聚，難以在硅橡膠中均勻分散，導(dǎo)致形成熱阻較大的團聚體，影響整體導(dǎo)熱效果。

3. 分散性對導(dǎo)熱性能的影響

分散性不良會導(dǎo)致導(dǎo)熱氧化鋁顆粒在硅橡膠中形成空隙和缺陷，這些空隙和缺陷會阻礙熱流的傳遞，降低復(fù)合材料的整體導(dǎo)熱性能。因此，提高導(dǎo)熱氧化鋁在硅橡膠中的分散性是提升導(dǎo)熱性能的重要途徑。解決分散性問題需要采取適當(dāng)?shù)姆稚⒓夹g(shù)和表面改性方法。

四、界面熱阻對導(dǎo)熱性能的影響

1. 界面熱阻的概念

界面熱阻是指導(dǎo)熱填料與基體材料接觸界面處的熱傳導(dǎo)阻力。它是影響復(fù)合材料導(dǎo)熱性能的重要因素，因為熱流在通過填料與基體之間的界面時會有所損失。

2. 界面熱阻的形成原因

界面熱阻的形成主要歸因于導(dǎo)熱氧化鋁與硅橡膠之間的界面兼容性差，包括兩者之間的化學(xué)鍵合力弱、界面缺陷和空隙的存在。這些因素導(dǎo)致界面熱阻增大，限制了熱流的順暢傳遞。

3. 界面熱阻對導(dǎo)熱性能的影響

界面熱阻的增加會顯著降低硅橡膠復(fù)合材料的整體導(dǎo)熱效率。即使導(dǎo)熱氧化鋁本身具有高熱導(dǎo)率，如果界面熱阻過大，熱流在通過界面時會被大量阻礙，導(dǎo)致復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能無法達(dá)到預(yù)期。因此，減小界面熱阻是提高硅橡膠導(dǎo)熱性能的關(guān)鍵所在，需要通過改善界面相互作用、表面改性等手段來實現(xiàn)。