導(dǎo)熱塑料填料高導(dǎo)熱系數(shù)材料

導(dǎo)熱塑料是利用導(dǎo)熱填料對高分子基體材料進行均勻填充，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。如果工程塑料能更好的解決散熱問題，在LED、汽車、電子電器、計算機等領(lǐng)域帶來更輕、更便宜、更節(jié)能的產(chǎn)品組件。

高分子材料多數(shù)為絕熱材料，僅靠分子結(jié)構(gòu)本身進行改性來提高導(dǎo)熱性難度非常大，高導(dǎo)熱填料進行填充改性，如氧化鋁、氮化鋁、氮化硼、碳化硅等。復(fù)合后的材料導(dǎo)熱性由高分子本身和高導(dǎo)熱填料共同決定，導(dǎo)熱填料的導(dǎo)熱系數(shù)、形狀、粒徑、用量等因素都會對最終產(chǎn)品的導(dǎo)熱性能造成影響。另外，導(dǎo)熱填料和基體界面間的相容性較差，填料易在基體中發(fā)生團聚，致使分散不均勻，二者的表面張力也存在差異，會使界面間存在氣孔，增加材料熱阻，因此，需對導(dǎo)熱填料表面進行改性。

為了研究熱壓過程對導(dǎo)熱填料分布的影響，對環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的斷面進行了SEM拍攝。 FEP是脆性斷裂， 而添加了導(dǎo)熱填料后的環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的斷面則相對粗糙, 有很多坑洼處。 沒有經(jīng)過熱壓的FEP/GBN 5樣品的斷面,，斷面中有許多片狀結(jié)構(gòu)和孔洞， 說明導(dǎo)熱填料和環(huán)氧樹脂的結(jié)合并不緊密，導(dǎo)致環(huán)氧樹脂與導(dǎo)熱填料之間的界面熱阻較大，阻礙了導(dǎo)熱介質(zhì)的傳播，在界面處有較大的散射。經(jīng)過熱壓后的FEP/GBN 5樣品的斷面中，幾乎不存在孔洞，環(huán)氧樹脂和導(dǎo)熱填料之間的結(jié)合更加緊密，說明使用熱壓的加工方式可以促進環(huán)氧樹脂對導(dǎo)熱填料的浸潤，在基體內(nèi)部形成更完整的導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò), 降低界面熱阻, 提升復(fù)合材料的導(dǎo)熱能力。

其導(dǎo)熱系數(shù)隨著導(dǎo)熱填料GBN添加量的增加而增加，但是提升的幅度并不大，當(dāng)添加量為5%時，導(dǎo)熱系數(shù)為0.593 W/(m K),提升了173.3%. 一方面是因為導(dǎo)熱填料添加量較低，導(dǎo)熱填料之間不能相互接觸，存在大量的空隙，不能形成完整的導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)，另一方面可能是由于GBN與環(huán)氧樹脂之間的界面熱阻較大，固化過程中，環(huán)氧樹脂沒有完全浸潤導(dǎo)熱填料，限制了導(dǎo)熱系數(shù)的提升。當(dāng)采用熱壓的加工方式進行制備時，在低添加量下(1%和2%)，環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)與未熱壓的樣品相差不大，而隨著添加量的進一步提升，經(jīng)過熱壓的樣品導(dǎo)熱系數(shù)則提升更大，F(xiàn)EP/GBN 5熱壓后樣品的導(dǎo)熱系數(shù)達到了0.931 W/(m K)，相比于純環(huán)氧樹脂提升了329.0%。在較低添加量下，導(dǎo)熱填料在基體中的分布較為均勻，雖然使用熱壓的方式進行加工，由于導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)不完整，也很難進一步提升導(dǎo)熱能力。而當(dāng)添加量進一步提升時，在熱壓的過程中，導(dǎo)熱填料會隨著聚合物熔體進行流動形成取向結(jié)構(gòu)，提升傳熱效率。此外, 在壓力的作用下，環(huán)氧樹脂還可以進一步與導(dǎo)熱填料相互接觸，提升環(huán)氧樹脂與導(dǎo)熱填料之間的浸潤程度, 從而減小界面熱阻, 弱化在界面上的散射, 提升導(dǎo)熱能力。


審核編輯黃宇