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[导热高分子材料研究进展]文章编号:100I973l{2002}02—0136一06
导热高分子材料研究进展’
李侃社,王琪
(四川大学高分子研究所,高分子材料工程国家重点实验室,四川成都6lo,
导热高分子材料研究进展
[智库|专题]。6j摘要:讨论了提高聚合物导热性能的途径——合成高导热
东毂的结构聚鲁斯.用高导热无机填料对聚舍轴进行填克夏夸。综述了导热高分子材料的研究成果:聚合物导热的基本概惫和影响其导热性能的因素蕊导热系数的预洲理论;聚合物基导熟复音材料的选材、复合技术夏其应用。指出了导熟高分子材料
2聚合物导热性能的研究
导热性能是聚合物重要的物理性能之
.对于热流平衡计
算.研究聚合物结构与性能的关系,聚合物加上工艺条件的选择和确定及聚合暂材料应用的选择和对比等有重要意义,所以受到广泛关注,并成为20世纪60~70年代高分产材料科学的研究热点之一.发表学术论文近百篇.并已由乌克兰科学家10C利帕托夫编人《聚合物物理化学手册》第二卷”1。1‘j77年.山
D
的研究方向——蚋米导热填料的研究和开发;聚合枷树脂基体
的物理化学改性;聚台物基体与导热填抖复合新技术的研究和开发;复合材#导热模型的建立、导热机理(特别是囊舍物基体与旱热填抖界面的结构与性能甘材料导热性能的影响)厦导热通路的彤成等;攥索高导热皋体聚合物材井的刺备方法和逢径等。对导热高分子材料的研究和开发有重要意义。
关键词:导热高分子材料;导热填料:纳米复合:导热系数中围分类号:1
TQ317
Hands进行了综述…。
2.L导热的基本概念
当物体的温度不均匀时.热能将从高温部分传播到低温部
分,使整个物体的温度趋于一致,这种_鼬象称为热传导。若物体
文献标识码:A
中存在温度梯度*.则单位时间通过垂直于温度梯度方向的单
引言
位面积的热能警,与温度梯度成正比。
即
导热材料广泛应用于换热工程、采腰工程、电子信息工程等领域。长甥以来,普遗选择金属材料作为导热材料使用。由于金属材料的抗腐蚀性能差而限制了其应用范围。为了提高金属的拄腐蚀能力.采用了合金技术、防腐涂层技术等.却大大降低了其导热能力。近些年来.一些对材料导热性能有较高要求的领域如换热工程、电磁屏蔽、电子信息、摩擦材料等.也提出了以
挈:。掣∽
df
(1)
式中.负号表示热流与温度梯度方向相反。*称为导热系
数,它是衡量物体导热性能的物理量。
热能传输不是沿着一条直线从物体的一端传到另一端,而是采用扩散形式。热能的荷载者包括电子、光于和声子。对于绝大多数固体物质.热能荷载者是电子和声于.所以,物体的包导热系数为:
K=也+n
(2)
聚合物如HDPE作导热基材.井已引起研究者的注意。但是,
聚合物的导热系数小.要拓展其在导热领域的应用,提高导热性能是技术关键。
提高聚合物导热性能的途径有两种:第一.合成具有高导热系数的结构聚合物。如具有良好导热性能的聚乙炔、聚苯胺…、聚毗咯等.主要通过电子导热机制实现导热;或具有完整结晶性,通过声子实现导热的聚合物,如平行拉伸HDPE.在室温下,拉伸倍数为2s倍时.平行于分子链的导热系数可达13.4w/m・甜”。第二.高导热无机物对聚合物进行填充复合制各聚合物/无机物
对于完整的晶体电子的导热系数为:
‰2÷ur,,f:
声子的导热系数为:
(3)
n=÷砒
窑。
tt)
导热复合材料,如四川大学高分子研究所王珙等研究了石墨填
充高密度聚乙烯基导热复合材料[2]。
高导热聚合物应具有超大共轭体系,能形成电子导热通路。目前对这类聚合物的研究更多地注意其导电性.其导热性能的研究尚未引起足够重视。完整结晶高度取向聚合物虽然有良好的导热性能.但加工工艺复杂,难“实现规模化生产。导热高分子复合材料的研究和开发虽然不象导电高分子材料那么广泛和深人.但正在成为热点,受到越来越多的关注。
式中.口为声子平均速度.f为声子的平均自由程峨为声子的热
对于大多数聚合物,它们都是饱和体系.无自由电子存在.所眦热传导主要是晶格振动的结果.即热能荷载者是声子.其导热系数由(4)处理。
2.2
齑聚翱导热系数与温度的关系
高聚物导热系数与温度的依赖关系是比较复杂的.但总的
说来.随温度的升高,导热系数增大。不同的足,无定型聚合物
与结晶聚合物变化规律差别很太,1977年Choy进行了综述1一。
・基金项目:国家重点基础研究发展规划资助项目(G1999064809
收穑日期:2000—12—2l
36
《功能材料#2002.3372
万方数据
二::非品聚合物
导热系数的温度依赣性对于各种非晶聚合物相当相似。广{乏的研究证明.在高于lOoK的温度区域,导热系数”随温度的升高缓慢增大直至玻璃化转变温度丁。,此日寸”与热容成正比。温瘦超过L后,r随温度升高而下降。聚甲基丙烯酸甲酯的H丁关系如图】所示。
Z
E
罩
日1
PMMA导热系数与温度的关系(T>lOOK)
F堰l
Temperaturedependenceof
thefhermalconducnvityof
PMMA(7>10。K)
在低于100K的温度区域.O.5K的低温时.导热系数*姬似与r成正比.但在5~15K温度范围出现一个平台区,这时*,L乎与温度无关。在更高的温度.*与T的关系比低温时米得平缓。如图2所示-“。
图2
PMMA导热系数与温度的关系(1<lOOK)
Flg2
Temperaturedependenceof
ththerm酊conductivilyof
PMMA(丁<100K)
二2:结晶聚合物
结晶聚合钧的导热系数r与温度的关系截然不同于非晶聚合物。首先在低温区.导热系数r不出现平台.并对结晶度的变化十丹敏感。即使有相同结晶度,不同聚合物的导热系数r也因品型不同而出现截然不同的温度依赖关系。
可见影响结晶聚合物导热性的因素包括结晶度和晶型。由于导热的各向异性,从而导致导热系数*的不同温度依赖性规
碴.
高于30K的温度区域.若不考虑晶型因素.则两相体系导趄系数r为
K=∞K,+(L一叫)n
(5)
文献[6]给出了如下关系式:
K—xu
K
KE
,.、
i_瓦5删i瓢Z
怕。’
式中,∞为结晶度,r为聚合物体系的导热系效.坼和r。分别为
结晶相和非晶相的导热系数。
文献[5]给出下式;
Ⅳ=%(掣)
(6)
1
讲
对于高结晶度聚合物(w>70%).K随温度升高而增大首选
最大值而后又下降。伴随着结晶度的增大.最大值移向低温区。
(功能材科)2002,33(2)
万
方数据对低结晶度的聚合物("<40%).*主要取决于”,.x随温暖升高缓慢增大.直至玻璃化转变温度肘逝才出现一个极j=茁,随后
发生逆转。这一点与非晶聚合物类似。但在低干1oK的温度区域,导热系数*随结晶度的增加而降低。如ljK时.非晶l’ET的导热系数是50%结晶度PE’I的Io倍。蹦为r更侬籁于温度的变化.高结晶度聚台物的*对温度的变化更敏感.如结晶度为50%的PET,1.5K时,”=l
0叫nlwj(…K,;loK
nj,K
=0
3n1W/(cm・K)。
2.3取向对导热系数的影响
高聚物的导热系数受取向的影响很大。拉伸非晶态聚合物,大分子链向拉伸方向倾斜,因为链的共价键合比链间范德华力强租多.所以沿拉伸方向的导热系数K口比垂直力向的”太
得多.产生强烈的各向异性。可以预见.结晶檗台物导热系数的各向异性更强烈。
结晶聚合物导热系数在低温时受拉伸取向的影响不大.如
HDPE在低于10K时.r∥/*.=1.5,但高温耐影响很大.如HDl3E在298K时,”∥k=2600。
Choy等对聚台物导热系数的各向异性进行了系统研究忏”,其部分研究成果已收人文献[3]。2.3.1非晶聚合物
拉伸非晶玻璃态聚合物或非晶弹性体.使分,链沿拉仲取
向增加。因此.导热系数各向异性的物理原因正足菇价键部分沿拉伸方向的增多而沿垂直拉伸方向减少.根据这一假设.
Eiermann给出了适宜于任何取向度下的荧系式
1
2
,
l』,
K
K^
KL
Han5en和Ho也蛤出了类似的方程
一十一
3
兰i/盟
f8)
M1
V
K
实验证明了(7)、(8)两式的正确性。实例见袁l。
表l定向拉伸聚台物的导热系数
TablelThermalconductlv“yofdrawnpoIynlers
手热丰教[w/(n1・K)j
聚旮物
^定向率
~‰。:
PMMA
257
).Z38
0.18l
02000.197l10PMMA3.75).2800.168
O19S仉197l
9
PVC
185).228
0.149O168
o.168】17pVC
265
]279
0
140
0.167
0
168
l?9
2
3.2结晶聚合物
结晶聚合物导热系数的各向异性关系与非晶聚合物相比要
复杂得多.对于非晶聚合物t”∥j*一≤2;而对于结晶聚合物,在室温条件下,一般*∥/*。≥50。这方面已进行了广泛研究。
1985年,choy和他的合作者,应用线性stockmayerI{echl
晶格模型”3计算得到.若能使聚合物分子链有20%沿声子偏振方向.则300K时.”∥一465w/(m・K),F。二O.16w/(m・Kj,
这与超拉伸聚乙烯样品的实验结果相当一致。实验结果表明.结晶完整的聚乙烯轴向导热系数极高-可与铜相比美,同时可得各向异性比为‘口/r.=3000。
3种模型可用于解释和说明非晶蒙台物在室温下的各向异性㈦。
(1)改进的Maxwell模型
137
若晶体向拉伸方向取向是高各向异性的唯一原因.则可由取向函敷表征取向程度.
,一÷C3c052P
1)
o≤f≤l
(9)
若^,。警,r-2昔可以导出,
o爰=”t鼎生竽+志,㈤,
篇去~‘剽5i印PTcos㈨
“1)
(2)晶桥模型
该模型常用于分析取向聚合物的力学性质。如果假设晶桥有相同的导热系数和模量.则
古一导+百卉}瓦
(12)
KF
Kc8
Kt^T、L一0ixt
式中,。和6是模型的几何特征参数,其中6是晶桥分散.
高于30K时.6较大,但^‰。》(1—6)也.则
并=丽考而
㈤,
类似地.可以导出弹性模量E∥为:
!嘿;一‰塑莉一1i厂
…)“”
垂直于拉伸方向的导热系数为:
”1=(1一口)kL+甜.
(15)
实验得到.100K时,E一一240GPa,参鼍;舌b=器
则.可求得.肮∥(100K)=31w/(m-K),约为也的200倍。可求得-”1=0.6w/(m・K).(3)集合模型
假设晶体和非晶体区域与成簇的相邻片晶的取向关系强烈
耦台.这些片晶簇可以看作集合的主要单元,主要单元的各向异性因素为:
A=奇
则各向异性关系为:
A=÷‘F羞‰-1]㈤)
若假设A.依赣于结晶度,主单元的取向度由上描述,可求
出A。
2
4分子结构参数对导热系救的影响
由分子结构参数估算导热系数很难,但仍有一些尝试,如
Eiermann方程{
b稚
(17)
式中.★.为与温度无关的常数.^为分子问力常数.‘为分子中共价键键长,m为重复单元的质量.
Bondi方程:把聚合物总导热系数看作是沿大分子链和链
之间导热系数的联合.设大分子的导热系数为‰,则
“一糕os酏㈦
“一—ji『_叫万“%k
“”
式中.∑co为Deb”近似下声学振动的摩尔热容,B为链
的光谱学摸量(spectroscopicmodulus),吼为可接近声子的大
138
万
方数据分子交联分数,‘为平均自由程长度.棼}为永久长度,
VaM
derwddfj键导热系数h为
。;尚属(3“5删丽“‘“一—r’
22
1掣)
‘19)””
式中,E0为重复单元的标准燕发热,d为链闻距.C。为重复单元
内自由度数。
总导热系数为:
上:上生。上上
k
z。+hb。j
z..+hh。
^=d+菁(舅圳
(21)
式中,A为1mol重复单元的面积。
上述计算结果与实测值大约相差50%.若进行侧链校正,
结果会更准确。
聚合物导热系数也与聚合物相对分子质量M有关.如
上:{+尝i2
7+丽
(22)“2’
式中,Ⅳ。为M一∞时的导热系数,B为常数。另外.随分子链支链的增加.导热系数急剧减小。
2.5导热系数与交联程度、辐射剂量和流体静压力之间的关系
由于空阃网络密度的提高.非晶聚合物的导热系数随交联
荆用量的增大而增大.这是因为在化学键网络的接点匕形成r
导热桥。实例如表2.但对结晶聚合物,增大辐照剂量会因结晶度降低和熔体导热系数增大而使聚台物导热系数碱小.如表3所示。
表2二乙烯基苯交联聚苯乙烯的导热系数[w/(m・KJ]
Table2Thethermalconductivi‘yofPS
cross—link甜b,dlvlnyl
benzene[w/(m・K)]
温度变联剂量(蹦)
(K)
520310
0.18001790.1800181360
仉144
0
148
O.171
0170
裹3辐照聚乙燔的导热系数[w/(m・K)]
Table3Thethermalconductlvityoflrradlated
p01yethylene[w/
(m・K)]
温度辐照制量/10‘Gy(密度/g・cm
3)
(K)
3(0969)
6(吼969】
l(O.926)3(0928)6(0
928)
20005130
457
O.378O354300
0
426
0.3900.320
03073400.374
0
348
0.280
0
275
当流体静压力提高时.聚合物的自由体积分数减小.从而便
导热系数增大。如表4。
衰4
受更膏压力HDPE的导热系数[w/【m・K)]
Table4The
themal
conductivi‘yofHDPEaddedhigher
pres
sure[w/(m・KJ]
温度
压力(MPa)
(K)
O.1
15.631.36zS1250
2500490
0.7941
040
1.395135S3000.4600.7881.020
1.265
1
355
320
0.380
O.760
f功能材料}2002.33(2
!.∈聚台物材科导热系数的估算298K时.固体聚合物的导热系数可用下列经验公式近似计
算3:
r=半P
(23)
式中r为导热系数,w/(m・K).P为聚台物材料的密度
ios
kg,m:.A。=警为相对原子质量平均值,^矗为重复单元相
对分子质量,嘞为重复单元中的原子数。
文献[11]给出
非晶聚合物:
毒=c(等)懈
“。=(等)懈㈣,
㈦,
式中√等孚吼os
对固体聚合物,L≈5×10Ⅶm,c,P=等+所以・
砌98K)一L(等)(等)3
w/(m.K)
(2sa)
式中.U和y为可加和性函数.v为摩尔体积,U为摩尔卢
速函数(Rao函数)
u=等(㈦踽
(26)
式中.“b。为纵向声速.口为Poisson比。
可加和性函数,即物质的许多性质可表示为.每摩尔物质的性质就可以用原子、基团或键的贡献来计算。
对于固‰。2一詈鬻!+所以.
鲁=(等)6
D
、V,
Ⅲ,
一
式中.B为体积模量,基团对Rao函数的贡献见文献[11]。高结晶聚合物
l∞%结晶聚合物有如下关系:
x一等w/(m・K)
(28)
式中.c=2lO。
对高度规整的聚合物:
老=(尝)6
㈤,Ⅳ4
、P。,
对于标准结晶聚合物:
毒・砘s(等一・)
c川
对于部分结晶聚合物:
(31)
K:一xt
盟=是要
P。一%
璺一5.8f盥1
(32)
fn
\Pa
,
从以上的分析不难看出,绝大多数高分子材料本身属于绝
万
方数据选择高导热无机填料对聚合物进行填充改性是制备聚合物基复
合材料的有效途径。
3.1导{=!}无机填料的选择
根据现代固体物理学基本原理.高导热填料是具有自由电
子的固体.或结晶完整能振动产生声于的固体,包括金属、非金
属单质和氧化物及其它二元化舍物。
3.1.1金属”“
金属主要依赖于自由电子导热机制
。:电粤生
c33)
^,Ⅺ
式中.”为电子浓度,h为玻尔兹曼常数,T为热力学温度,K、r,为电子的平均自由时间,m为电子的有效质量。
金属在室温时的导热系数约为200w/(m・K)・常见金属
的导热系数如表5.
衰5金■的窒温导热系数
TableSThermalconductivi‘yofmetals
at
roomtempcrature
MPtal
Ag
CuAl
F’w/(m・K)]
418
393
从性能价格考虑,铝应是酋选金属填料.因为它导热系数相对较高.密度小,填充率高。3.1.2固体氧化物
固体氧化物绝太多数为电的绝缘体,热传导.主要依赖于声
子导热机制实现.与金属相比.固体氧化物导热性虽然较差.但却有良好的电绝缘性.可用于聚合物基复合材料的氧化物填料如表6。
表6
300K时t化物的导热系数
Table6Thermalcorlductivitvofoxidesat300K‘13。“
Oxlde5
∽
MgOA】2(b
s102
TIn2
r[w/(m・K)]
48
42
13
13
在聚合物基导热复台材料制备中,氧化物常用其粉料,但是.若能制成晶须,其导热性能会大大提高.如Mg()晶须”6.其
导热系数达260w/(m・K).而且对复合材料的增强效果也会更好。
3.1.3其它二元无机物
这类化合物包括stc、AlN、BN等.它们具有原子晶体形式
和致密的结构.以声子导热为主,导热系数很高.是良好的高导热填料.但其导热性能受制备方法、产品纯度等影响较大。一
般而言,产品纯度高、结构致密、晶洛缺路少,导热系数丈。如
A1N的导热性能见表7。
衰7
不同制备方法所得AlN的导热系数
Table7Thermalconducnvjtv。fAlN:1
2
战少在玻中加氮反直
直接在加氘制奋方法
高纯庄单晶体
的A1203导热系数
的铝中反应
HW/(m・K)320
sic、AlN的合成和制备已有深入研究.其纳米粉体已有产
品.为导热聚合物填充复合材料的研究和开发创造了有利条件。
3聚合物/无机物导热复合材料的研究
热材料,从结构改性制各高导热复合材料难度很大。所以,通过
{功能材料,2002,33(2)
3.14非金属单质填壮
在非金属导热填料中石墨的导热系数与金属最为接近。
石墨是自然界广泛存在的一种矿物,它一般分为3类:无定型态、鳞片状晶体、高结晶态常因含有杂质而使其导热系数和电
导率难达理论值。
石墨的散观结构”3决定了其在导电、导热方面的各向异性.同时.因石墨层间以较弱的vandewaaI力相结合.层间距
35
nm-也可以与其它分子实现层间纳米复台【1卜”]。
石墨是导体材料,以电子、声子双重机制共同作用而具有良
好的导热性。鳞片状结晶和高结晶石墨作为导热填料应有更高的研究和开发价值。
碳化硅生产中副产一种被称为焦石墨的材料.沿着碳原子平面的导热性几乎是平面垂直方向的100倍,也是很有开发前途的导热填料。
碳纤维、石墨纤维的开发推广,已使导热复合材料的研究取得突破性进展,但因其价格昂贵,难以实现规模化生产.只能在宇航、火箭、电于等高技术领域应用。
3.:聚合袖基导热复台材料基体树脂的选择
作为导热复合材料基体树脂.应具有如下性能:(1)具有较高的导热系数.根据本文2中论述,导热系数较高的基体树脂都是结构规整、结晶度高的聚合物;(2)聚合物本身有良好的力学性能;(3)聚合物可加工性能良好.适合于高质量分数填充}c;、且有较高的性能价格比。满足这些要求的聚合物如表8所
不.
表8300K时聚台物基材料的性能
Table8Pmpertiesofpolymericmaterialsat
300K
密度材料
抗拉强度
冲击强度(E/cm3)Ⅳ/(m-K)
(MPa)kJ/m2HDPEO951O40519~231.7~28
LDPE
0918O3058~1lPP
O9llO
241
33~3730~150J/m(1zod)
11460.35559~6911500.33159~69mM
1
432
0
102
d5~65P、fC(hard)0】70
34~44
3.3
聚台暂/无机榜导热复合材料的制备方法33
1共混复合法
聚合物基导热复合材料可以有如下其混复合方法。
(1)粉末混台(Powdermix):将聚台物如HDPE粉末与填
料如石墨按一定比例均匀混合,然后熔融浇铸成型。
(2)溶液混舍(S0lutionmix):首先将聚合物溶人合适的溶剂中.然后将填辩粉末均匀分散于聚合物溶液.蒸除溶剂,即得聚台物与填料的混合物.再将混合物熔融浇铸或模压或挤出成型。
(3)双辊混炼混合(Roll—mnlmix):熔融聚合物与无机填料在双辊混炼机中捏合.实现共混,然后成型。
(4)熔体混合(Mehmix):将无机填料直接分散于熔融的
聚合物体系.然后成型。
Aga一等人“2一报道了上述4种共混复合法的研究结果:以M.=5000.P=0.9389/cm3的聚乙烯为基体树脂.以导热系数为!09w/(m・K),密度为2.3079/cm’的石墨为填料时.所得复合材料的导热性能如表9所示。
万
方数据结果表明.共混物的制备方法即分散状态甜复台柯料导热系数影响很大。导热系数增高的顺序为:熔融混合t、双辊混炼≈溶液混合<粉末馄台。非常清熊.导热链越易形成,导热系数越高。导热链形成的难易程度大大影响复合材料的导热性能。
表9
PE/石墨复合材料的导热系数[w/(m・K)]
Tab
e
9
n盯Cond∽
V
V
O
E/G
ap
h
eo
m呻S
雌
[w/
m
.
-蚕剐]
vol“oI
Typc
of
M【urc
Gra【)hlte
(1)【2)f={)O
0293O2930203u
29350460O39703§?0334
100690O5220
496
0
i39
1SO982O7980“1Sj64
201.53
l040
0
4c】I】1
52
25I
2l
1.’CI】】c130
2.09
】4j
纳米复合{去应用于制备导热复台材料尚未见研究报道,佃已有关于熔体插层石墨导电纳米复台材料的研究报道”“。。
(1)熔融粉体共混纳米复合技术:熔融柑体共混纳米复台面能高、相对密度低,而聚合物熔体牯度大.所以不易均匀分散。可采取的技术措施包括:导热母粒法多段混合;加入分散剂(2)插层复合技术:对于层状高导热无机填料如_石墨可采插层复合技术包括两类方法:
(1)插层聚合法:即先将聚合物单体分散、插层进^石墨片(2)聚舍物插层:即聚合物熔体或溶液与层状石墨粉混合.散在聚合物基体中,
资料大全
《导热高分子材料研究进展》(http://www.lp1901.com)。导热高分子复合材料的研究与开发在20世纪90斗代开始
(1)日本专利报道汹】.将环氧树脂、固化剂和40pm的铝粉以
t功能材料≥2叭2.33f2)
3.3.2纳米复台法
技术就是通过机械共混的方式使高导热纳米粉体与聚合物熔体进行纳米复合的技术。该法的局限性在于.纳米粉体粒于小、表其优点是简便、直观、经济。影响这种技术复台效果的因寨包括:填料纳米粉体的粒径太小和表面活性极其越f间能物理作
用力;纳米粒于与聚合物分子问的作用力;聚台物的粒度和复合
工艺等。
或偶联剂;对导热纳米粒子进行改性预处理;导热纳米填料与聚台物纳米粉体固相混台、溶液混台或乳液混台等。
用纳米复合技术实现纳米复台.保持层状尤机填料的局部有序排列.有望提高导热性。
层中.然后原位引发聚合.利用聚合放热.克服石墨层间相互作用,使其剥离.从而使石墨片层与聚合物基体以纳米尺度相复合。
利用力化学或热力学作用使层状石墨或纳米尺度的片层均匀分3.4聚台物基导热复台材料举例
成为功能性复合材料的研究热点之一.受到各国科学家的关注.
特别是日本把“开发可成型的导热性离分子绝缘材料”列为功能
高分子研究的首选课舾.随后日本、美国等国家.相继自so余项发明专利申请。关于导热高分子材料的研究和开发进展.我国
学者张立群博士等进行了综述-”-。储九荣等对导热高分子材料的研究与应用进行了展望o“。导热高分子复合材料包括导热塑料和导热橡胶.举例说明如下。
l。。一8—3{的质量混合.浇铸成型.可制得导热系数为4.60w/(m
・Kj,具有优息尺寸稳定性的产品,其拉伸强度为81MPa,压缩强度为215MPa。
・?)YAgan’A
ucda,M.Tanaka等263以低密度聚乙烯为
基材.以65和8pm的A1。【)。按(8十2)的均匀混合物为填料,通过粉体混台(A1z(),体积分数为70%),熔体浇铸成型制得导热系数为460w/(m・K)的导热复合材料。
(3)Y.Agari.A.Ueda,and
S.Nagal【221等应用粉末共混、熔
体浇铸等方法,系统研究了PE/Graphne复合材料的导热性能,制备出石墨体积分数为20%,导热系数为1.53w/(m・K)的导热复合材料。
【4)wenhoKlmandJong-wooBae等L270以线性酚醛环氧树惰为基体树脂.以AlN为导热填料。线性酚醛树脂为固化剂,通过如图3所示工艺制备出含AlN体积分散为70%、导热系数高达14w/(m・K).介电常数很低.膨胀系数很小的微电子封铸材料。
(5)在导热橡胶研究方面.国内张立群等人m’系统研究了不锈钢短纤维、片状石墨、碳短纤维、铝粉、A1:o,粉等5种导热填料对天然橡胶为基质的复合材料的静态导热性能、动态温升,物理机械性能的髟响。结果表明.以石墨为导热填料时.所得导热橡胶导热系数最大,当石墨质量分数达50%时.其导热系数为l
13w,(m-K)。
《一一一一多一匝m回
邑嗲
降熙
高品而;五磊占i石咐1
图3材料处理流程
Flg3FIowchartofprocessinginmateriafs
4结语
综上所述.导热高分子材料从基础理论到产品开发等各方面都是高分子材料研究的重要内容之一。特别是20世纪90年
代以来,导热高分子复合材料导热系数预测的数学模型研究取得丁一定进展Ⅲ’3”.纳米复合技术的引人为导热高分子材料研究提供了新的机遇和挑战。但是.导热高分子材料的研究仅局
限于简单的共混复合,所得材料的导热系数还不高,高导热聚合物本体材料和复台材料在导热机理、应用开发等方面的研究远不如导电材料研究深入.导热系数预测理论局限于复舍材料各
组分导热系数的经验模拟,缺乏导热机理的理论支持。所以.笔者认为.纳米导热填料的研究和开发;聚合物树脂基体的物理化学改性;聚合物基体与导热填料复合新技术的研究和开发l聚台物复合材料导热模型的建立,导热机理(特别是聚合物基体与导热填料界面的结构与性能对材料导热性能的影响及导热通路的形成等)的研究;探索高导热本体聚合物材料的制备途径等应成为导热高分子材料研究的方向。导热高分子材料研究必将为高技术的发展奠定重要基础。
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1naddition.methodsforsuppressingthedegradationofA1q3weredcscflbed
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P01ymer
Mate^alsEngineering.Chengdu6l0065,China)
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mechnismandmodeIandsearchingthemethodsandprocessingofhigh—heatconductivepo卜
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《功能材料}2002,33(2
万方数据
导热高分子材料研究进展
作者:作者单位:刊名:英文刊名:年,卷(期):被引用次数:
李侃社, 王琪
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