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简述导热高分子材料的研究与应用

焉博

临沂市富盛机械配件有限公司,山东临沂,276000

摘要: 由于科技的迅猛发展,使得导热高分子材料产品得到了不断升级,应用也逐渐广泛,尤其在电子行业领域,使人们的生产和生活都有了更大的便利。对导热高分子材料进行不断研究,了解其导热的原理以及材料应用,能够进一步掌握导热高分子材料的作用价值,继而更好的优化材料性能,为后续的应用带来更可靠的参考。对此,本文进行了有关分析,以供参考。
关键词: 热高分子材料;原理;应用
DOI:10.12721/ccn.2021.157091
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在如今的社会环境下,导热高分子材料的应用逐渐广泛,在多个领域中都发挥了非常重要的作用。因为金属材料作为导热材料具有较好的表现,所以应用较广。然而由于其存在易腐蚀的特点,所以在进行加工生产时,需要增加防腐涂层,避免出现腐蚀问题,这样的情况下就会对材料的导热性能产生影响。因此,人们开始对导热材料进行不断的创新研究,出现了导热高分子材料,得到了更好的应用。

1.导热高分子材料的作用原理

材料不同,其导热的作用机理也存在一定的差异,当材料中的晶体受热后,其相应的粒子会出现热运动,进而展现其导热的性能。对于导热高分子材料来讲,其性能的主要影响因素是高分子基体和填充的导热物质。材料的导热作用机理主要是:导热高分子材料借助于自身晶体的有效排列,通过晶体粒子的热振动,将相应的热量传递出去。如果导体使用的是金属物质,在实际导热的过程中,会对自由电子的运动产生相应的影响,使设备的热量尽可能多的传递出去。而针对非晶体导热高分子材料来讲,因为排列分布有不规则的晶体粒子,所以在导热的过程中,晶体粒子的热振动位置不固定,这样热量传递时就会传到相邻的原子或分子。

2.影响导热高分子材料性能的因素

2.1温度

导热高分子材料的导热性能最主要的影响因素是温度,两者之间存在较为复杂的关联。通常来讲,温度和材料的导热系数存在正比关系,温度升高时,材料的导热系数也会增大。不过材料的不同,其变化的规律也存在较明显的差异。比如,非晶聚合物的导热性和温度之间呈现曲线变化规律,在温度升高时,其导热性会有所提升,但是温度达到某一数值时,导热性就会有所下降。所以在分析温度对导热高分子材料性能的影响时,需要结合具体的材料特点。

2.2拉伸取向

高分子材料的拉伸取向也会对其导热性产生一定的影响。举例来说,非晶聚合物中如果包含非晶玻璃聚合物和非晶弹性体,在物质受到拉伸作用时,其分子链的拉伸取向会增大,而其导热性会有所下降。

2.3其他因素

除此之外,高分子材料的导热性还会受到分子结构、流体压力、辐射量等因素的影响[1]。分子结构中的分子支链增加,会使导热系数下降;流体压力增大,聚合物体积减小,会使导热系数增大;辐射量增大,材料的结晶度会下降,熔体导热系数增加,而材料的导热系数降低。

3.导热高分子材料的类型及应用

3.1类型

3.1.1导热塑料

这一类型的导热高分子材料主要使用工程塑料或者通用塑料。为了确保其导热性能,一般都会使用填充材料。经过相应的挤压、注塑等工艺完成导热塑料的成型。导热塑料在性能方面有良好的表现,而且加工生产工艺较为便捷,安全环保,所以在市场中有良好的流通率。另外,和其他的铝制品材料相比,导热塑料更加轻巧、美观。导热塑料的导热性能主要是因为存在导热粒子,这类的材料主要有金属氧化物、金属粉末、无机非金属和导热纤维等,作为导热塑料的填充材料。因此,导热塑料的导热性能主要取决于填充材料的特性、基体界面相互作用等因素。

3.1.2导热胶粘剂

这类导热高分子材料主要是以树脂、橡胶等作为基体,然后结合部分辅助材料黏合在一起。胶粘剂材料出现的时间较早,而且有较为广泛的应用,这主要是基于其良好的导热性能。为了能够使胶粘剂导热性能得到有效的提升,研发出了导热胶粘剂,类型包含绝缘类和非绝缘类。主要是依照其电绝缘性进行区分。现如今,市场中主要流通的导热胶粘剂材料一般都用于管壳密封、导热绝缘、半导体基片粘接等[2]

3.1.3石墨导热材料

这类导热高分子材料主要以石墨为导热基体,在工业生产的通用设备中作为导热材料,在导热性方面具有较好的表现。不过一般这种材料在使用时需要重点注意和化学类物质的接触,采取相应的隔离防护措施,防止其接触化学物质,保证应用设备的导热性能。

3.2应用

石墨导热高分子材料通常会在食品、化工、医药等行业领域的换热器设备中进行使用。这些领域以往使用的换热器通常是不锈钢或者碳钢材质,虽然其导热性能也较好,但是在实际的生产应用中,由于腐蚀物质的存在,对换热器设备会产生腐蚀性,需要更换设备的频率增大,影响其正常生产工作。而石墨导热高分子材料能够较好的弥补这一不足,可以在较为复杂的环境中工作使用,保证生产的顺利进行。另外,导热绝缘胶粘剂材料在电子领域中有较大的应用。比如在半导体管陶瓷基片黏合、管壳密封、以及管芯保护等工艺中,对胶粘剂的绝缘性和导热性都有很高的要求[3]。同时,热敏电阻、整流器的绝缘密封也要使用具有良好性能的导热绝缘胶粘剂,因此就增大了导热绝缘胶粘剂在行业领域中的应用需求。再者,节能胶粘剂材料的应用也较为广泛,现阶段主要使用的是TM胶粘剂,包含有机型和无机型[4]。其中,无机型的胶粘剂主要的导热材料为鳞片状的石墨和硅酸盐,这种材料在导热方面具有良好的表现,而且可以适用的温度范围较大。有机型的胶粘剂导热材料使用的是高纯度结晶石墨,粘合剂为高分子物质,结合其他的试剂组成单组分的导热材料。这类材料在强度、化学性质等方面具有良好的表现。

4.增强导热高分子材料应用效果的措施

4.1对基体材料进行合理的选择

高分子材料的导热性能主要受其基体的影响,所以,为了提高材料的导热性,增强应用效果,需要结合实际情况对材料的基体进行合理的选择。应用的领域不同,其基体材料也要存在差异,要遵循适应性原则。高分子材料在没有经过加工时就有较好的导热性能,然而在相应的器件中应用后,由于长时间处在特殊环境条件下,容易使材料出现性状改变问题,所以,在选择基体材料时,可以使用具有较好稳定性的物质,比如橡胶、塑料等。

4.2对填充材料进行有效的预处理

高分子材料的导热性还会受到填充材料的影响,所以,为了有效的提升材料导热性能,增强材料的应用效果,需要对填充材料进行良好的表面预处理。可以使用表面处理剂或者偶联剂等,这样经过预处理后达到材料的相关要求。处理过后,高分子基体和填充材料之间会实现更好的融合,这样整体导热性能就会得到提升。

4.3不断改进工艺方法

从有关研究中能够得知,导热高分子材料填充物和基体之间的组合以及填充使用的材料会对其性能产生影响,所以,要想使材料的导热性能得到更好的提升,需要对相关的工艺方法进行不断改善。在生产制造导热高分子材料时,对工艺的压力、温度等条件进行合理的控制,同时注意,组合方式的不同,选择的工艺也要存在相应的差异。

结束语:

总而言之,现阶段我国关于导热高分子材料的研究应用已经积累的一定的经验,而且在应用行业中发挥了良好的导热作用。为了进一步增强材料的应用效果,需要对基体材料进行合理的选择,做好填充材料的预处理,并对生产工艺进行不断改进。

参考文献:

[1]黄鑫.对导热高分子材料的研究与应用[J]. 2020(2015-7):182-182.

[2]李成东. 浅谈导热高分子材料的研究与应用[J]. 科技风, 2020(5):1-1.

[3]邱小胖. 导热高分子材料的应用与研究探讨[J]. 科技风, 2018, 04(No.336):73-73.

[4]谢婵, 彭富忠. 导热高分子材料的研究与应用分析[J]. 低碳世界, 2019, 9(12):2-2.