导热塑料的选材.docVIP

导热塑料配方设计 分享到： 0 发布时间:2013/10/29 20:56:55大 中 小来源:作者：王文广 教授级高级工程师 深圳市高分子行业协会 秘书长 大多数金属材料的导热性较好，可用于散热器、热交换材料、余热回收、刹车片及印刷线路板等场合。但金属材料的耐腐蚀性、成型加工性不好，限制了一些领域的应用，具体如化工生产和废水处理中的热交换器、导热管、太阳能热水器及蓄电池冷却器等。 导热塑料概述 导热塑料是指具有较高导热系数的一类高分子材料，一般其导热系数大于1W/m.K。 大多数金属材料的导热性较好，可用于散热器、热交换材料、余热回收、刹车片及印刷线路板等场合。但金属材料的耐腐蚀性、成型加工性不好，限制了一些领域的应用，具体如化工生产和废水处理中的热交换器、导热管、太阳能热水器及蓄电池冷却器等。塑料的耐腐蚀性和加工性能都很好，但与金属材料相比，塑料材料的导热性能不好，导热性最好的HDPE导热系数也仅有0.44 W/m。各类塑料的导热系数可具体参见表1所示。塑料的低导热性，限制了其应用范围，如不可用于各类摩擦起热或需要及时散热的场合。 ? 导热类塑料可用于中央空调系统、太阳能热水器、建筑供热管道、化工腐蚀介质的传热材料、土壤加热器、商业仪器、自动化设备、齿轮、轴承、垫片、移动电话、电子器件、发电机罩及灯罩等场合。导热塑料主要用于换热工程中如散热器、换热管等，电子元器件的散热如线路板、LED封装材料等。 导热塑料配方设计 导热材料的种类 按照导热材料是否具有导电性能，将导热材料分为导电导热材料和绝缘导热材料两大类。 导电导热材料 凡是能够导电的材料都具有导热性能，只是导热程度大小的不同，目前常用的导电导热材料有： A? 炭素材料 炭素材料包括碳纤维、石墨、石墨烯、炭黑、碳纳米管，导热效果很好，是目前主要的导热材料，其中以碳纤维、石墨和炭黑应用最多，缺点为黑色。 石墨的种类很多，一般多选用导电和导热都高的石墨品种，具体如磷片石墨、可膨胀石墨、膨胀石墨等。一般的石墨易发飘，加工时不好进料。 ? 石墨的导热性虽然不是很高，一般为110-130 W/m.K，但具有成本低、在塑料中易于分散、对塑料性能影响小等优点，因此比较常用。尤其是近来开发出许多高导热性的导热石墨，例如导热石墨的导热系数可达到550 W/m.K、单晶石墨的导热系数可达到2200 W/m.K、掺杂石墨（复合掺杂2.5%硅和15%钛）的导热系数可达到330 W/m.K。 石墨的粒径越大，导热系数越高，当粒度细到2000目左右后，导热系数不再减少。经验证明，采用不同粒径的石墨混合使用，即可保证导热性，又可保证复合材料的性能。石墨需要用钛酸酯偶联剂进行表面处理，硅烷类偶联剂无效。钛酸酯最好用NDZ-201，并用白油等比例进行稀释处理。 ? 为了增加相容性，最好加入相容剂，如马来酸酐接枝PE、马来酸酐接枝PP、马来酸酐接枝EPDM等，加入了5%-10%。 B 金属材料 金属导热材料如不发生氧化，导热效果很好，但在现实环境中氧化难以避免，大大降低了其导热性能。金属导热材料的品种以银、铜、铝、锡、镍、铁等为主，形状为纤维状和粉状，从价格上考虑选用铜和铝为佳。 C 有机填充导热材料 常用的导热聚合物有聚乙炔、聚苯胺及聚噻吩等导电性能优异的聚合物，其优点为综合性能好、相对密度低，缺点为价格高，目前阶段实际应用较少。 ? D 半导体材料—主要品种为硅、硼等。 绝缘导热材料 绝缘导热材料主要以金属化物为主，又称为陶瓷粉，具体品种包括金属氧化物、氮化物和碳化物三个类别，以金属氮化物最为常用。绝缘导热材料为白色或浅色，但价格很高。 A 金属氮化物和炭化物 主要为氮化铝、氮化硼、氮化硅、炭化硅、炭化铍等。 氮化铝为最常用的导热金属氮化物，相对密度为3.235。属于一种陶瓷绝缘体，分为多晶体和单晶体两大类。多晶体物料导热系数为70-210 W/m.K，是三氧化二铝的5倍；而单晶体导热系数更可高达 320 W/m.K ，与氧化铍不同的是氮化铝无毒。氮化铝的线膨胀系数为4.5×10-6/，与Si的线膨胀系数(3.5~4×10-6/)和GaAs的线膨胀系数(6×10-6/)匹配。氮化铝表面用硅烷进行处理，导热效果可以进一步提高。 氮化硼英文名称boron nitride，外观为片状六方结晶白色粉末，相对密度2.27，导热系数120 W/m.K，导热性能好于炭化硅。氮化硼有两种晶型，六方BN较软，称“白色石墨”，立方BN硬度高，与金刚石相当。 氮化硅的外观为白色粉状晶体，有杂质或过量硅时呈灰色，熔点1900，相对密度3.44。结晶结构有两种变体：α型为六方密堆积结构，β型为似晶石结构。氮化硅的使用温度高达1900，在1000