高分子绝缘材料通过对其结构的控制和改性,具有其他材料不可取代的优异性能,其应用领域不断扩展。但是一般高分子材料都是热的不良导体,其导热系数一般都低于0.5 W/(mK)。为了满足微电子,电机电器,航天航空,军事装备等诸多制造业和高科技领域的发展需求,制备并表征具有优良综合性能的高导热聚合物绝缘材料,也是东超新材料的为研究热点。公司主要研究方向:导热粉体复配研究、粉体表面处理研究、新型功能材料研究开发。
目前有两种方法来提高聚合物的导热系数。一种是定向拉伸,另外一种实用方法是填充高导热填料。市场上现在都是用填充高导热填料来满足高导热系数。 高分子导热填料的复合方式的影响填料的复合方式主要有不同填料之间的混杂复合、不同粒径填料的混杂复合、不同微观表面形态填料的混杂复合、不同填料表面处理的影响、填料添加量的影响,复合粉导热是通过这些不同种类的材料搭配添加而成,要了解的每款材料在复合粉中发挥的作用,才能更好的复合出高性能的导热粉。下面东超小编给大家普及一下各种绝缘高分子导热填料的优缺点分析。
1、不同的导热填料分子的形态和大小各不相同,若利用填料分子形态之间的差异进行相互混合相互补充,可以更好的减少导热分子之间的间隙,有利于导热链的形成,更有利于提高体系的综合性。东超新材料研究人员以SiC、AlN、Al2O3、MgO为混合填料填充室温硫化硅橡胶,结果所制得的硅橡胶的热导率可高达1.3~2.5W/(m·K)。 2、不同粒径的粒子混合搭配及不同填料混合使用比单一填料更能提高材料的热导率,这是由于大小粒子混杂填充可使不同粒径粒子间形成较密集堆积,相互接触几率增大,可实现较高填充量。多种粒径导热填料混合填充时,填料的配合对提高导热性能和降低粘度有明显影响,不同粒径导热填料分布变化时,体系的导热性能和粘度发生规律性变化,当粒径分布适当时可同时得到最高热导率和最低粘度。3、将粒子和具有大长径比的晶须配合使用,由于混杂效应,填料间相互接触几率增大,更易形成导热通路,比单一微观形态的粒子更能提高体系的导热性能。 1、氮化物填料及其应用氮化物填料主要有氮化铝(AlN)、氮化硼(BN)以及氮化硅(Si3N4)等,因其具有热导率高、电绝缘性能好、耐高温性能出色以及介电性能优良等特点而广泛应用于绝缘高分子材料中。① 氮化铝:导热系数非常高,用氮化铝填料填充环氧树脂,制得的材料的耐热性、力学性能得到提高,介电性能下降轻微。但其价格昂贵,吸潮易水解从而影响制品热导率。单纯采用氮化铝填充,可以达到较高的热导率,但体系的粘度急剧上升,限制了其应用。② 氮化硼:属六方晶系的层状结构,与石墨结构类似,具有较高的热导率,较低的热膨胀系数,优良的热稳定性,较高的抗氧化性等。但其价格较高,虽然单纯采用氮化硼可以达到较高的热导率,但与氮化铝类似,大量填充后体系的粘度急剧上升,限制其应用。
③、氮化硅:具有α和β两种晶型,均为六方晶系。由于α-Si3N4晶粒中存在晶格应力,自由能比β相高,所以稳定性较差,而β-Si3N4中不存在晶格应力,作为填料填充有利于形成颗粒网络,提高热导率,具有良好的力学性能,因此在实际生产应用中以β-Si3N4为主。2、氧化物填料及其应用 氧化物填料主要有氧化铝(Al2O3)、氧化镁(MgO)、氧化锌(ZnO)等,它们具有一定的导热能力,电绝缘性能优良。氧化物填料主要以与氮化物混杂的方式填充绝缘高分子材料,从而可以提高材料的热导率,保持稳定的电性能,降低生产成本。 ①、氧化铝:针状氧化铝的价格低,但填充量小,在液体硅胶中,普通针状氧化铝的最大添加量一般为300 份左右,因此所得产品的热导率有限。而球形氧化铝的填充量大,在液体硅胶中其最大添加量达到600~800 份,所得制品的热导率高,同时价格较高,但低于氮化硼和氮化铝的价格。②、氧化镁:价格低,在空气中易吸潮,增粘性较强,不能大量填充,且耐酸性差,很容易被酸腐蚀,不宜用于酸性环境中应用。③、氧化锌:粒径及均匀性很好,适合生产导热硅脂,但其热导率偏低,不适合生产高导热产品;质轻,增粘性较强,也不适合灌封。
3、碳化物填料及其应用 碳化物填料主要是碳化硅和碳化硼填料。①、碳化硅:一种共价键很强的化合物,常见的有六方晶系的α-SiC 和立方晶系的β-SiC,类似金刚石结构。碳化硅具有耐腐蚀、耐高温、强度大、导热性能良好、抗冲击等特性,同时具有热导率高、抗氧化、热稳定性好等优点,在微电子工业中常用于封装材料中。但是碳化硅在合成过程中产生的碳和石墨难以去除,导致产品纯度较低,电导率高,限制了其在绝缘性能要求高的材料中的应用;而且其密度大,在有机硅类胶中易沉淀分层。研究人员以碳化硅为导热填料来填充环氧,发现纳米碳化硅能够促进环氧树脂的固化,碳化硅粒子更易在树脂体系内部形成导热通路或者导热网链,减少环氧树脂内部空隙率,提高了材料的力学及导热性能。②、碳化硼:一种耐火材料和超硬材料,热导率很高,但价格昂贵,在绝缘高分子材料中应用不是很广泛。研究人员以碳化硼为导热填料来填充天然橡胶材料,发现碳化硼的加入可以提高天然橡胶的热扩散系数,且天然橡胶的热扩散系数经过老化后也有所提高。3、混杂填料的应用将不同种类的填料按一定比例配合使用,可以充分发挥单一填料的特点,由于混杂效应,不但可以提高热导率,还可降低成本。这种比例配合使用复合粉,现在大部分都应用在导热界面材料用导热粉(垫片、凝胶、硅脂、灌封胶、双面胶、粘接胶、结构胶),导热覆铜板填料、导热塑料填料等等。
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