導熱塑料以及常見的填料比較

　　一、導熱塑料是什么以及特性是？

　　導熱塑料：利用導熱填料對高分子基體材料進行均勻填充，以提高其導熱性能。導熱性能的好壞主要用導熱系數(shù)（單位：W/m.k）來衡量。

　　導熱塑料分為兩大類：導熱導電塑料和導熱絕緣塑料。導熱塑料主要成分包括基體材料和填料。基體材料包括PPS、PA6/PA66、LCP、TPE、PC、PP、PPA、PEEK等；填料包括AlN、SiC、Al2O3、石墨、纖維狀高導熱碳粉、鱗片狀高導熱碳粉等。

　　產(chǎn)品特性：

    （1）散熱均勻，避免灼熱點，減少零件因高溫造成的局部變形

    （2）重量輕，比鋁材輕40-50%

    （3）成型加工方便，無需二次加工

    （4）產(chǎn)品設(shè)計自由度高

    （5）由于成型方式主要為模具注塑成型，膠料在加熱后經(jīng)過加壓流入模具中，然后經(jīng)過冷卻成型。加工工藝的特性使得材料成型后的導熱系數(shù)呈現(xiàn)出各向異性的特點，即注塑時膠料流動的方向(in-plane)和垂直膠料流動的方向(through-plane)。一般膠料流動方向上的導熱系數(shù)是垂直膠料流動方向上的導熱系數(shù)的3~6倍，這種差異是由于膠料在注塑成型時，在流動方向易形成連續(xù)的分子鏈所造成的。

　　應用領(lǐng)域：

　　這些領(lǐng)域包括LED照明、汽車、加熱/冷卻/制冷。

　　二、常見導熱材料的導熱系數(shù)列表：

　　材料名稱   導熱系數(shù)K(w/m.k)

　　氧化鈹 （有毒）   270

　　氮化鋁        80~320

　　氮化硼         125 有文章寫60K(w/m.k)

　　碳化硅         83.6有文章寫170~220K(w/m.k) ，個人表示懷疑，導熱這么好的話，就完全沒有BN和AlN的市場了

　　氧化鎂           36

　　氧化鋁           30

　　氧化鋅           26

　　二氧化硅 (結(jié)晶型)   10

　　三、常見導熱材料優(yōu)缺點分析：

      1、氮化鋁AlN，優(yōu)點：導熱系數(shù)非常高。缺點：價格昂貴，通常每公斤在千元以上；氮化鋁吸潮后會與水反應會水解AlN+3H20=Al(OH)3+NH3 ，水解產(chǎn)生的Al(OH)3會使導熱通路產(chǎn)生中斷，進而影響聲子的傳遞，因此做成制品后熱導率偏低。即使用硅烷偶聯(lián)劑進行表面處理，也不能保證100%填料表面被包覆。單純使用氮化鋁，雖然可以達到較高的熱導率，但體系粘度極具上升，嚴重限制了產(chǎn)品的應用領(lǐng)域。

      2、氮化硼B(yǎng)N，優(yōu)點：導熱系數(shù)非常高，性質(zhì)穩(wěn)定。缺點：價格很高，市場價從幾百元到上千元（根據(jù)產(chǎn)品品質(zhì)及粒徑大小不同價格差別較大），雖然單純使用氮化硼可以達到較高的熱導率，但與氮化鋁類似，大量填充后體系粘度極具上升，嚴重限制了產(chǎn)品的應用領(lǐng)域。

      3、碳化硅SiC   優(yōu)點：導熱系數(shù)較高。缺點：合成過程中產(chǎn)生的碳及石墨難以去除，導致產(chǎn)品純度較低，電導率高，不適合電子用膠。密度大，在有機硅類膠中易沉淀分層，影響產(chǎn)品應用。環(huán)氧膠中較為適用。

      4、氧化鎂MgO   優(yōu)點：價格便宜。缺點：在空氣中易吸潮，增粘性較強，不能大量填充；耐酸性差，一般情況下很容易被酸腐蝕，限制了其在酸性環(huán)境下的應用。

      5、α-氧化鋁 （針狀）   優(yōu)點：價格便宜。 缺點：添加量低，在液體硅膠中，普通針狀氧化鋁的最大添加量一般為300份左右，所得產(chǎn)品導熱率有限。

      6、α-氧化鋁（球形）   優(yōu)點：填充量大，在液體硅膠中，球形氧化鋁最大可添加到600~800份，所得制品導熱率高。   缺點：價格較貴，但低于氮化硼和氮化鋁。

      7、氧化鋅ZnO         優(yōu)點：粒徑及均勻性很好，適合生產(chǎn)導熱硅脂。缺點：導熱性偏低，不適合生產(chǎn)高導熱產(chǎn)品；質(zhì)輕，增粘性較強，不適合灌封。

      8、石英粉（結(jié)晶型）   優(yōu)點：密度大，適合灌封；價格低，適合大量填充，降低成本。缺點：導熱性偏低，不適合生產(chǎn)高導熱產(chǎn)品。密度較高，可能產(chǎn)生分層。

　　綜上，不同填料有各自特點，選擇填料時應充分利用各填料的優(yōu)點，采用幾種填料進行混合使用，發(fā)揮協(xié)同作用，既能達到較高的熱導率，又能有效的降低成本，同時保障填料與有機硅基體的混溶性。

　　每種導熱材料不同工藝制備出來，導熱系數(shù)完全不同，是一個很深奧的多學科交叉科學，需要大家一起努力來攻克！