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常见问题

如何提升导热灌封胶的导热性能

时间:2021-08-01浏览次数:758

传统导热材料多为金属和金属氧化物及其它非金属材料(如石墨、炭黑、A1N、SiC 等)。随着科学技术的进步和工业生产的发展,许多特殊场合如航空、航天和电子电气领域对导热材料提出了新的要求,希望材料具有优良的综合性能,既能够为电子元器件提供安全可靠的散热途径,又能起到绝缘和减振作用,导热灌封胶正好满足了这一要求,导热灌封胶是其中典型的代表。


普通硅橡胶的导热性能较差,热导率通常只有0.2W/m·K 左右;加入导热填料可提高硅橡胶的导热性能。常用的导热填料有金属粉末(如Al、Ag、Cu 等)、金属氧化物(如Al2O3、MgO、BeO 等)、金属氮化物(如SiN、AlN、BN 等)及非金属材料(如SiC、石墨、炭黑等)。同金属粉末相比,金属氧化物、金属氮化物的导热性虽然较差,但能保证硅橡胶具有良好的电绝缘性能。

金属氧化物中Al2O3是最常用的导热填料;金属氮化物中,SiN、AlN是最常用的导热填料。这些导热填料各有优缺点,金属以及非金属填料具有较好的导热性和导电性,而其化合物则具有较高的电绝缘性。填料的热导率不仅与材料本身有关,而且与导热填料的粒径分布、形态、界面接触、分子内部的结合程度等密切相关。一般而言,纤维状或箔片状的导热填料的导热效果更好。


(1)提高导热灌封胶的导热性

对填料进行表面处理可以提高填料与基胶的相容性,增加填充量,实现灌封胶导热性大幅度提高。如采用经硅烷偶联剂KH-550、A-151、六甲基二硅氮烷、二甲基二甲氧基硅烷表面处理的刚玉粉填充RTV 导热硅橡胶,材料的热导率可从1.16w/(m.K)提高2.10w/(m·K),导热性能提高近一倍。

(2)将填料超细化和纤维化

如果把无机填料的尺寸减小到纳米级,其本身的导热性会因粒子内部原子间距和结构的变化而发生质的变化。如常规氮化铝(AlN) 的热导率约为36 W/(m·K),而纳米级AlN 却为320W/(m·K)。潘大海等人发现,当粒径为5~20μm 的氮化硅(SiN)的用量为150~250 份(基体为100 份)时,RTV 硅橡胶的热导率为0.9W/(m·K),且物理性能及加工性能良好。相同种类及用量的球形、片状、纤维填料对硅橡胶导热率的影响不同,其中晶须对提高硅橡胶的热导率最有效;球形最差。J.Ma 等人发现将各种尺寸的碳纤维加到传统的A12O3中热导率提高大约6倍。根据Y.Agari 等人提出的模型,当填料聚集成的传导块与聚合物传导块在热流方向平行时,热导率[敏感词]。因此,制造高取向的填料可大大提高硅橡胶的热导率。美国AMOCO 公司生产的碳纤维K1100,其轴向热导率高达1100W/(m·K),加上其负的热膨胀系数、高模量、低密度,使其特别适合于制成高导热及尺寸稳定或热膨胀系数匹配的复合材料。

(3)将不同粒径分布的填料并用

填料的热导率与其颗粒的尺寸比密切相关。当一种粒径均一的粒子以某种形式堆积,再在其中的空隙中加入另一种粒径的颗粒时,可使填料颗粒之间紧密堆砌,形成导热通路。通过特殊的工艺使导热填料间形成隔离分布态时,即使用量很小也会赋予复合材料较高的导热性。谢择民等人采用不同粒径的αA12O3和SiC 填充硅橡胶,当填料的总用量为55 份时,硅橡胶具有较低的粘度,且硅橡胶硫化后胶料的热导率可达1.48W/(m·K)。

(4)改善加工工艺

决定导热绝缘灌封胶导热性的另一个主要因素是导热灌封胶厂家其加工工艺。复合材料成型过程中的温度、压力、填料及各种助剂的加料顺序也会对材料的导热性能产生明显的影响,如热硫化硅橡胶的热导率大多数高于RTV 硅橡胶。这一方面是由于RTV 硅橡要求具有较好的工艺操作性能,所以胶料的粘度不能太大,因此不能加入太多胶的导热填料;另一方面是因为RTV 硅橡胶的致密性比热硫化硅橡胶差,也影响了其导热性能。因此,通过对填料的种类、加入量及填料与其它助剂比例的优化可获得导热性高且综合性能优越的硅橡胶。
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