導(dǎo)熱塑料以及常見的填料比較

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導(dǎo)熱塑料以及常見的填料比較

一、導(dǎo)熱塑料是什么以及特性是？

導(dǎo)熱塑料：利用導(dǎo)熱填料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。

導(dǎo)熱塑料分為兩大類：導(dǎo)熱導(dǎo)電塑料和導(dǎo)熱絕緣塑料。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、LCP、TPE、PC、

PP、PPA、PEEK等；填料包括AlN、SiC、Al2O3、石墨、纖維狀高導(dǎo)熱碳粉、鱗片狀高導(dǎo)熱碳粉等。

國外生產(chǎn)導(dǎo)熱塑料的主要廠商和產(chǎn)品牌號：

產(chǎn)品特性：

（1）散熱均勻，避免灼熱點，減少零件因高溫造成的局部變形

（2）重量輕，比鋁材輕40-50%

（3）成型加工方便，無需二次加工

（4）產(chǎn)品設(shè)計自由度高

（5）由于成型方式主要為模具注塑成型,膠料在加熱后經(jīng)過加壓流入模具中,然后經(jīng)過冷卻成型。加工工藝的特性使得材料成型后的導(dǎo)熱系數(shù)呈現(xiàn)出各向異性的特點,即注塑時膠料流動的方向(in-plane)和垂直膠料流動的方向(through-plane)。一般膠料流動方向上的導(dǎo)熱系數(shù)是垂直膠料流動方向上的導(dǎo)熱系數(shù)的3~6倍,這種差異是由于膠料在注塑成型時,在流動方向易形成連續(xù)的分子鏈所造成的。

應(yīng)用領(lǐng)域：

這些領(lǐng)域包括LED照明、汽車、加熱/冷卻/制冷。

二、常見導(dǎo)熱材料的導(dǎo)熱系數(shù)列表：

材料名稱 導(dǎo)熱系數(shù)K(w/m.k)

氧化鈹（有毒） 270

氮化鋁 80~320

氮化硼 125 有文章寫60K(w/m.k)

碳化硅 83.6有文章寫170~220K(w/m.k)，個人表示懷疑，導(dǎo)熱這么好的話，就完全沒有BN和AlN的市場了

氧化鎂 36

氧化鋁 30

氧化鋅 26

二氧化硅 (結(jié)晶型) 10

注：以上數(shù)據(jù)來自以下3篇論文

1. 氧化鋁在導(dǎo)熱絕緣高分子復(fù)合材料中的應(yīng)用，李冰，塑料助劑，2008年第3期，14~16頁

2. 金屬基板用高導(dǎo)熱膠膜的研究，孔凡旺等，廣東生益科技，第十一屆覆銅板市場技術(shù)研討會論文集 101~106頁

3. 復(fù)合絕緣導(dǎo)熱膠粘劑的研究，周文英等 中國膠粘劑 2006年11月第15卷11期，22~25頁

以下部分觀點來自期刊論文，部分觀點來自廣大產(chǎn)品工程師，感謝大家。

三、常見導(dǎo)熱材料優(yōu)缺點分析：

1、氮化鋁AlN，優(yōu)點：導(dǎo)熱系數(shù)非常高。缺點：價格昂貴，通常每公斤在千元以上；氮化鋁吸潮后會與水反應(yīng)會水解AlN+3H20=Al(OH)3+NH3 ，水解產(chǎn)生的Al(OH)3會使導(dǎo)熱通路產(chǎn)生中斷，進(jìn)而影響聲子的傳遞，因此做成制品后熱導(dǎo)率偏低。即使用硅烷偶聯(lián)劑進(jìn)行表面處理，也不能保證100%填料表面被包覆。單純使用氮化鋁，雖然可以達(dá)到較高的熱導(dǎo)率，但體系粘度極具上升，嚴(yán)重限制了產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域。

2、氮化硼BN，優(yōu)點：導(dǎo)熱系數(shù)非常高，性質(zhì)穩(wěn)定。缺點：價格很高，市場價從幾百元到上千元（根據(jù)產(chǎn)品品質(zhì)及粒徑大小不同價格差別較大），雖然單純使用氮化硼可以達(dá)到較高的熱導(dǎo)率，但與氮化鋁類似，大量填充后體系粘度極具上升，嚴(yán)重限制了產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域。

3、碳化硅SiC 優(yōu)點：導(dǎo)熱系數(shù)較高。缺點：合成過程中產(chǎn)生的碳及石墨難以去除，導(dǎo)致產(chǎn)品純度較低，電導(dǎo)率高，不適合電子用膠。密度大，在有機硅類膠中易沉淀分層，影響產(chǎn)品應(yīng)用。環(huán)氧膠中較為適用。

4、氧化鎂MgO 優(yōu)點：價格便宜。缺點：在空氣中易吸潮，增粘性較強，不能大量填充；耐酸性差，一般情況下很容易被酸腐蝕，限制了其在酸性環(huán)境下的應(yīng)用。

5、α-氧化鋁（針狀） 優(yōu)點：價格便宜。缺點：添加量低，在液體硅膠中，普通針狀氧化鋁的最大添加量一般為300份左右，所得產(chǎn)品導(dǎo)熱率有限。

6、α-氧化鋁（球形） 優(yōu)點：填充量大，在液體硅膠中，球形氧化鋁最大可添加到600~800份，所得制品導(dǎo)熱率高。 缺點：價格較貴，但低于氮化硼和氮化鋁。

7、氧化鋅ZnO 優(yōu)點：粒徑及均勻性很好，適合生產(chǎn)導(dǎo)熱硅脂。缺點：導(dǎo)熱性偏低，不適合生產(chǎn)高導(dǎo)熱產(chǎn)品；質(zhì)輕，增粘性較強，不適合灌封。

8、石英粉（結(jié)晶型） 優(yōu)點：密度大，適合灌封；價格低，適合大量填充，降低成本。缺點：導(dǎo)熱性偏低，不適合生產(chǎn)高導(dǎo)熱產(chǎn)品。密度較高，可能產(chǎn)生分層。

綜上，不同填料有各自特點，選擇填料時應(yīng)充分利用各填料的優(yōu)點，采用幾種填料進(jìn)行混合使用，發(fā)揮協(xié)同作用，既能達(dá)到較高的熱導(dǎo)率，又能有效的降低成本，同時保障填料與有機硅基體的混溶性。

（本段由論壇會員：spherefiller提供）

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