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傳統(tǒng)的塑料多為絕熱塑料或者導(dǎo)熱系數(shù)非常低的材料。1998年Coolpolymer首先將具有導(dǎo)熱性能的導(dǎo)熱塑料實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化。并將其廣泛應(yīng)用于照明、汽車、電子電力、醫(yī)用設(shè)備等。近二十年來，導(dǎo)熱塑料得到迅猛的發(fā)展。那么導(dǎo)熱塑料是怎么樣的?它的導(dǎo)熱機(jī)理又是什么？就讓小編帶大家一起來了解一下。

圖 導(dǎo)熱塑料與應(yīng)用

 

 

 

一、什么是導(dǎo)熱塑料

 

 

導(dǎo)熱塑料是利用導(dǎo)熱填料（包括粒子、纖維、層片等）對高分子基體材料進(jìn)行均勻填充，以提高其導(dǎo)熱性能。導(dǎo)熱性能的好壞主要用導(dǎo)熱系數(shù)（單位：W/（m.k））來衡量。

 

 

 

二、常用基體材料與填料

 

 

導(dǎo)熱塑料主要成分包括基體材料和填料?；w材料包括PPS、PA6、PA66、PA12、PA46、LCP、TPE、PC、PP、PPA、PEEK等，常見塑料的導(dǎo)熱系數(shù)如下表： 

表 常見塑料的導(dǎo)熱系數(shù)

材料	導(dǎo)熱系數(shù)W/(m.k)	材料	導(dǎo)熱系數(shù)W/(m.k)
PE	0.33	PS	0.08
LEPE	0.33	PP	0.24
HDPE	0.11	PMMA	0.75-0.25
PVC	0.16	PA	0.25

填料包括以下金屬和無機(jī)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、氮化硅；

(4)無機(jī)非金屬：石墨、碳化硅、碳纖維、碳納米管、石墨烯、碳化鈹?shù)?/span>

常見導(dǎo)熱填料導(dǎo)熱系數(shù)如下表：

表 常見導(dǎo)熱填料的導(dǎo)熱系數(shù)

材料	導(dǎo)熱系數(shù)W/(m.k)		材料	導(dǎo)熱系數(shù)W/(m.k)
Ca		380	CaO		15
Mg		103	NiO		12
Fe		63	SiO2		10
Cu		398	BN		125
Al		190	AlN		320
BeO		219	SiC		270
MgO		36	石墨		129
Al2O3		30	石墨烯		5000

 

 

 

三、導(dǎo)熱塑料的分類

 

 

導(dǎo)熱塑料可分為：導(dǎo)熱導(dǎo)電塑料和導(dǎo)熱絕緣塑料。絕大多數(shù)導(dǎo)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(dǎo)熱塑料

絕緣導(dǎo)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(dǎo)電粒子，從而導(dǎo)致塑料絕緣。這一類導(dǎo)熱塑料的導(dǎo)熱系數(shù)并不高，一般為1.5W/m.k 左右。

2、導(dǎo)電導(dǎo)熱塑料

導(dǎo)電導(dǎo)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、纖維、石墨、碳纖維、CNT、石墨烯等，由于這一類填料屬于導(dǎo)電粒子，因此其對應(yīng)的導(dǎo)熱塑料也是導(dǎo)電的。這一類導(dǎo)熱塑料的導(dǎo)熱系數(shù)較高，一般能做到5.0W/（m.k）以上。

圖 LED的導(dǎo)熱塑料外殼

 

 

 

四、導(dǎo)熱塑料的導(dǎo)熱機(jī)理

 

 

導(dǎo)熱塑料的導(dǎo)熱性能取決于聚合物與導(dǎo)熱填料的相互作用。不同種類的填料具有不同的導(dǎo)熱機(jī)理。

1、金屬填料的導(dǎo)熱機(jī)理

金屬填料的導(dǎo)熱主要是靠電子運(yùn)動(dòng)進(jìn)行導(dǎo)熱，電子運(yùn)動(dòng)的過程伴隨著熱量的傳遞。

圖 自由電子型導(dǎo)熱傳導(dǎo)

2.、非金屬填料的導(dǎo)熱機(jī)理

非金屬填料導(dǎo)熱主要依靠聲子導(dǎo)熱，其熱能擴(kuò)散速率主要取決于鄰近原子或結(jié)合基團(tuán)的振動(dòng)。包括金屬氧化物、金屬氮化物以及碳化物。

圖 聲子（量子）型熱傳導(dǎo)

 

 

 

五、影響導(dǎo)熱塑料導(dǎo)熱系數(shù)的因素

 

 

1、聚合物基體材料的種類和特性

基體材料的導(dǎo)熱系數(shù)超高，填料在基體的分散性越好及基體與填料結(jié)合程度越好，導(dǎo)熱復(fù)合材料導(dǎo)熱性能越好。

2、填料的種類

填料的導(dǎo)熱系數(shù)越高，導(dǎo)熱復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能越好。

3、填料的形狀

一般來說，容易形成導(dǎo)熱通路的次序?yàn)榫ы?>纖維狀 > 片狀 > 顆粒狀，填料越容易形成導(dǎo)熱通路，導(dǎo)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(fù)合材料的導(dǎo)熱性能。當(dāng)填料含量較小時(shí)，起到的導(dǎo)熱效果不明顯；當(dāng)填料過多時(shí)，復(fù)合材料的力學(xué)性能會(huì)受到較大的影響。而當(dāng)填料含量增至某一值時(shí)，填料之間相互作用在體系中形成類似網(wǎng)狀或者鏈狀的導(dǎo)熱網(wǎng)鏈，當(dāng)導(dǎo)熱網(wǎng)鏈的方向與熱流方向一致時(shí)，導(dǎo)熱性能最好。因此，導(dǎo)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(jié)合特性

填料與基體的結(jié)合程度越高，導(dǎo)熱性能越好，選用合適的偶聯(lián)劑對填料進(jìn)行表面處理，導(dǎo)熱系數(shù)可提高10%—20%。

 
圖 照明燈導(dǎo)熱部件

導(dǎo)熱塑料作為一種全新的材料，具有塑料優(yōu)異的成型加工條件，同時(shí)導(dǎo)熱金屬具有更低的密度，更低的成本，可以替代金屬應(yīng)用于多種應(yīng)用場合下的散熱部件，引領(lǐng)著散熱部件向更輕量化、更環(huán)保邁進(jìn)。