试论导热高分子材料的实践应用

杨国栋（山东工业技师学院，山东潍坊 261053）

试论导热高分子材料的实践应用

杨国栋
（山东工业技师学院，山东潍坊 261053）

随着现代工业和材料科学的不断发展，对导热高分子材料提出了更高的要求。从导热高分子材料概述入手，探讨导热高分子材料的实践应用，以供参考。

导热高分子材料；导热机理；实践应用

随着我国工业化进程的持续推进，对导热高分子材料的研究、生产和应用都提出了新的更高的要求。长期以来，人们熟知的导热材料主要是金属材料，但金属材料容易导电、容易被化学腐蚀，并且难耐高温，因此其应用有所局限。而导热高分子材料以其优异的综合性能，可以较好的克服金属材料存在的问题，目前被广泛应用于电子、航空航天、化工和热能等领域，并发挥着重要作用。

1 导热高分子材料概述

高分子材料是以高分子化合物为基础的材料，包括纤维、塑料、橡胶、涂料、胶粘剂和高分子基复合材料等。导热高分子材料是指具有较高导热系数的高分子材料，如导热塑料、导热橡胶、导热覆铜板、导热胶黏剂、导热弹性体及导热相变材料等。通常以高导热性的无机元素或金属为导热介质，制成导热性元件。导热介质受热后，通过运动、振动等物理及相应的化学变化，使大量的热能随着高速粒子流传送到冷端放热，之后恢复常态继续吸热并传导热能。热传导过程中，导热高分子材料元件表面呈现热阻趋零的特性。这种导热高分子材料具有成本较低、容易加工成型、质量较轻、强度较大、导热性能好、使用寿命长等特点，若经特殊工艺处理或者对材料配方进行调整，所得元件可应用于特殊领域。

导热高分子材料的导热性能，是由高分子基体和高导热填充物综合作用所决定的。相对于基体材料的导热性而言，以粒子或以纤维形式存在的填充物的导热性能都要大得多。当填充物的量较小时，其对于整个体系的导热性影响不大。如果填料达到一定的数量，填料之间便会发生相互作用，在体系中形成类似网状和链状的形态，通常称作导热网链，其取向方向与热流方向平行时就能有效提高体系的导热性。

2 导热高分子材料的实践应用

2.1 导热塑料

导热塑料的导热率通常介于0.14～0.34之间，属于介电绝缘材料。2000年，美国Cool Polymer公司开发导热高分子材料并建立了第一条生产线，所生产的导热塑料广泛应用于汽车、照明、航空航天、电子电器、医疗器械、笔记本电脑等领域。此后，导热塑料受到世界各国的高度重视。实践表明，导热塑料最重要的应用就是代替金属和合金来制造热交换器，如太阳能热水器、换热器、蓄电池冷却器等。金属耐腐蚀性不强，合金生产成本较高，而导热塑料能较好的克服金属和合金的不足。在电子电器工业中导热塑料也应用较多，主要用于要求较高的电路导热板的制造。在LED灯制造中，导热塑料通常被用来替代金属铝作为LED的外壳，能极大的提高LED灯外壳的绝缘性，确保用电安全。另外，导热塑料也应用于盛装、封闭、输送、埋嵌、装饰等材料[1]。

2.2 导热橡胶

导热橡胶基体通常具有较强的回弹性、抗张强度、耐化学腐蚀性、介电性能、耐高低温性能及具有低膨胀系数等特性。目前，用于实践应用的导热橡胶主要包括：硅橡胶、丁苯胶、丁晴胶、聚胺酯树脂、SBS及热塑性弹性体等。将高分子导热橡胶基体与经表面处理的填料及其它助剂进行充分混合后，再加工成型。如加工成0.2～0.8mm厚的薄膜垫片可置于散热基板和电子发热元件之间，加工成0.5～5mm厚的导热间隙垫片可置于印刷电路板和散热基板之间，形成良好的热流通道，以降低介面热阻，延长使用寿命。实践表明，硅橡胶是导热橡胶中应用最为广泛的一种热介面材料，除了具有导热橡胶的一般性能外，还具有较强的耐溶剂、耐油、耐辐射等性能，被广泛应用于导弹、飞机、太空仓、汽车等领域。

2.3 导热相变材料

导热相变材料是一种储能材料，在相变过程中吸收或施放相变潜热，目前在环保建材、电子散热垫片等领域应用较多。导热相变材料具有较强的预先成型性和低热阻性，可作为一种新型导热贴片用于高速、大功率处理器的界面。在电子元件中通常选用石蜡相变材料，相变温度可改变石蜡组成以满足实际需要。定型复合相变材料由石蜡和聚合物共融混合制成，融合过程中可加入石墨、无机陶瓷填料及其它助剂，以提高相变材料的导热率，主要用于笔记本电脑CPU和 绝缘栅双极型晶体管、高功率LED模块中的MCPCB和热沉之间垫片[2]。

2.4 导热胶粘剂

导热胶粘剂通常分为导热绝缘胶粘剂和非绝缘导热胶粘剂，主要应用于半导体管陶瓷基片与铜座的粘合、管壳密封和管心保护，以及整流器、热敏电阻器、微包装中多层板的导热绝缘和化工热交换器粘连及导热灌封等方面。南京台力材料研究所研制的功率管与散热器上的导热绝缘胶，对第三代组装封装元器件散热很有益处。北京化工研究院研制的TM-I无机型导热胶粘剂热导率大、效率高、适应温度范围广，TM-II有机导热胶粘剂化学稳定性好、强度大、耐水性好，便于施工和储存。上海无机化工研究所研制的L-90导热泥是一种节能新材料，在化工、制药、石油和食品等领域有着广泛的应用前景[3]。

3 结束语

综上所述，导热高分子材料以其优良的综合性能日益受到人们的关注和重视，其应用前景十分可观。虽然我国导热高分子材料研究仍然落后于美国等部分发达国家，但随着我国社会经济和科技的快速发展，以及在导热塑料、导热橡胶、导热相变材料和导热胶粘剂等方面的应用实践，一定会推动导热高分子材料研究和应用创新发展。

[1] 金钫，金荣福，蔡琼英，等.LED与导热高分子复合材料[J].广东化工，2011，（11）：55-57.

[2] 祁蓉，齐暑华，王兆福，等.导热高分子复合材料的研究[J].粘接，2015，（11）：89-93.

[3] 储九荣，张晓辉，徐传骧，等.导热高分子材料的研究与应用[J].高分子材料科学与工程，2000，（4）：17-21.

Application of Thermal Conductive Polymeric Materials

Yang Guo-dong

With the continuous development of modern industry and materials science，the higher requirements of thermal conductive polymer materials are put forward.In this paper，the application of thermally conductive macromolecule materials is reviewed.

thermally conductive polymer；thermal conduction mechanism；practical application

TB332

B

：1003-6490（2016）12-0050-02

2016-11-10

杨国栋（1983—），男，山东潍坊人，讲师，主要研究方向为化学工程与工艺。