导热高分子复合材料的研究与应用进展

的情况 ， 而很 少提及在 高填充 量及其超 高填充量 的情况 。 且 二者有 较大 的差别 。后 来 ， ．ｇ ｒ等 。提 出了一种新 的 ＹＡ ａｉ 。
模 型 ， 为在那些 填充 体系 中， 认 若所有 填充粒子 聚集形成 的
传导块与聚合物传导块在 热流方向上是平行的 ， 材料 的热 则
许多 研究 者 对 于填 充型 导 热高 分子 材 料 的热导 率 曾
提 出用 各 种模 型进 行 预测 ， Ｂ ｕ ｇｍａ 、 ｘｌＥ ｃ ｅ 、 如 ｒｇ ｅ ｎ Ｍａｅｌ ｕ ｋｎ ，
Ｚｅｌ ｄ Ｃ ｅ ｇＶ ｃｅ 、 ｅｓｎ模 型等 ， ｉ ａ 、 ｈ ｎ ．ｏ ｋｎ Ｎｉｌ ｂｎ ｅ 但是 ， 这些 理论 只
讨论 了填充量一 般在 体积分数为 ０ １％ 或者 １ ％～ ０ 时 ～０ ０ ３％
高温 、 异的 电绝 缘性等 ， 优 因而人们逐渐 用其来 代替传 统金
属材料 ， 导热高分子复合材 料的研究与开发 已经成 为功能性 复合材料的研究热点之一 。 １ 导热高分子复合材料 的理论研究 １ １ 导热 高分子复合材料 的导 热机理 ．
的力 学性能会受 到影响 ； 当填料含 量较少时 ， 则会对材 料导
要求， 希望其 具有优 良的综合 性能 ， 如在 电气 电子 领域 由于 组 装技术 与集成 技术 的迅速发展 ， 逻辑 电路 、 电子元 件的体 积 不断地缩 小 ， 因而需要 高导热性 的绝 缘材 料 ； 于废水处 用
热性能 的作用不 大。当填 料含量增加到某一值时 ， 填料 之间
以完全结 晶 ， 再加上分子链 的振 动对声子有散射作用 ， “Ｊ 使
ｌ ＝ ｆ ￣ｏ １ ） ＣＡ） 。Ｖ Ｑｌ ＋（一 ｌ ｇ（
式中 ：。 Ａ ＿一
— —
复合材料 的热 导率 ， ／（ ・ ； ｗ ｍ Ｋ） 填料 的体 积分 数 ， ； ％ 聚合物的热导率 ， ／（１・ ； ｗ １ Ｋ） １
收 稿 日期 ： ０ ｌ０ 一２ ２ １－９ｌ
脂（ Ｐ） Ｅ 导热复合材料 。
在生 产实践 中通常是采用 添加高热 导率填料 的方 式来 提高高 分子材料 的热导率 ， 得到 导热 高分子复合材料 。在 聚合物 中填充高 导热性 的填料是制 备高导 热材料 的常用途
随着 社会 发展 和工 业进 步 ， 人们 对于 导热材 料 提 出了新 的
径 。导热填料种类 、 温度 、 结晶度 、 子链 取向密度和湿度都 分 会影响导热高分子复合材料的热导率 。
导热高分 子复合材料 的导热性能最终 取决于填料及 其 在 高分 子基 体中的分布情况 。当填料含量过多 时， 复合材料
环氧树脂 硅橡胶 聚 乙烯
究进展 ， 并对未来发展 方向进行 了展 望。
关 键 词 导 热 高分 子 复 合 材 料
自 １４ 初 出现 了能在 常温 常压 下成 型 的玻璃 纤维 ９ ０年 （ Ｆ） 强不饱 和聚酯树 脂 以来 ， 分子复合 材料至今 已有 Ｇ 增 高 ７ ０年历 史 ， 目前作 为一 种 主要 的工 业 材料 被 广泛 应 用 …。
Ｇ— — 填料 形成导热链 的难易程度因子 ；
．
聚合 物材料 的热导 率很小 。为 了使 聚合 物具 有更好 的热导 率， 可通 过以下两种方式进行改性 ： 第一 ， 合成具有高热导率 的聚合物 。如采 用 良好导热性能 的聚苯胺 等 ， 通过 电子导热 机 制实 现导热 ； 或者合 成具有 完整结 晶性 的聚合物 ， 通过 声 子实 现导热 。第 二 ， 采用 高热导率 物质填充 聚合物 ， 制备 聚 合物基 导热复 合材料 。如氮化铝 （ Ｎ）碳纤维 填充环 氧树 Ａ１ 、
＿一
ｃ． — 影响聚合物结晶度和结 晶尺寸 的因子 。 — 王亮亮 等 认为 以上模 型 一般 都假设 两 相界 面是无 限薄的 ， 并且没有 考虑相界 面 区对 导热性能 的影响 ， 因而预 测 结果 必然会产 生偏差 。据 此 ， 提 出了一种 “ 他 计算 型” 模 型—— 逐步平均法 ， 同时做 出了较为理想 的预测 。把有 限元 法引入 热传导 ， 给计算 复合材料 的热导率带 来 了许 多方便 。 随后利 用有限元法计 算 了碳 纤维填 充导热高分 子材料 的横 向热导率 ， 并且作 了合理 的解释 。
相互作用并在体系中形成类似链条与网状的导热网链， 当导
热 网链 的方 向与热流方 向一致 的时候 ， 热阻最小 、 导热性 能
最好 ； 反之则最差 Ｊ 。
１２ 导 热 高 分子 复合 材 料 的导 热理 论 模 型 ．
理 和化工生产 的热交换 器既需要具有导热能力 ， 又要求耐高
温、 耐化学腐蚀 。然而传统 的导热材料多 为导热性较好的金 属材 料 ， 由于金属 材料不 耐腐蚀 ， 使其 在某些领 域 的应 用受 到 限制 ， 来自百度文库前采用 的防腐涂层技术和合金技术 虽然提高了金 属 的耐腐蚀 能力 ， 大大降低 了其导热性 。在 复合 材料 科学 却 领域 ， 来越多 的高性 能功能化材料应用 于工业生产 中。导 越 热高分 子复合 材料具 有优 良的综合性 能 ， 如耐化学 腐蚀 、 耐
导率最 高 ， 是垂直 的， 若 则材 料的热导 率最低 。并 提 出如下
计算公 式 ：
固体 内部 的导 热载体分别 为电子 、 光子 、 声子 三种 。对
于聚合物而 言 ， 通常 为饱 和体系 ， 没有 自由电子 ， 导热载体 为 声子 ， 热传导则主要是依靠 晶格振动 。聚合物 的相对分 子质 量 很大 ， 有多分散性 ， 具 分子链则 以无规则缠结 方式存在 ， 难
范伟 ， 导热高分子复合材料的研究与应用进展 等：
１１ ０
导热 高 子复合 材料的研 究与应 用进展 分
范 伟 冯 刚 赵 加 伟
３ ６０ ２ ０） １ （ 浙江工业职业技术学院 ， 绍兴 ３ ２０ ） （ ００ １ 浙江省岱山县职业技术学校 ， 舟山
摘要
总结 了导热 高分子 复合材料 的导热理论研 究， 综述 了近年来 国内外几种 常用的导热高分子复合材料的研