影响橡胶导热性的因素都有哪些?

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,导热橡胶正好满足了这一要求,导热硅橡胶是其中典型的代表。

  • 纳米氮化铝具有较高的导热系数,而被广泛应用于硅胶和有机硅橡胶。超高导热纳米AlN复合的硅胶具有良好的导热性, 良好的电绝缘性, 较宽的电绝缘性使用温度, 较低的稠度和良好的施工性能。纳米氮化铝具有较高的导热系数,因而在硅胶产品中的应用越来越多。
  • 超高导热纳米AlN复合的硅胶具有良好的导热性, 良好的电绝缘性, 较宽的电绝缘性使用温度, 较低的稠度和良好的施工性能。纳米级氮化铝粉体具有高热传导率、绝缘性能好、低热膨胀系数等特点。纳米氮化铝粉体做为绝缘材料,导热率高达320瓦/米.开,体积电阻率在10的16欧姆.厘米以上。
  • 纳米氮化铝粉体耐化学腐蚀能力强,在空气中600度煅烧无变化!并且纳米氮化铝粉体为灰白色粉体,与其它材料复合不影响颜色。产品已达进口产品的标准, 因为可取代同类进口产品而广泛应用于电子器件的热传递介质,提高工作效率。如CPU与散热器填隙、大功率三极管、可控硅元件、二极管、与基材接触的细缝处的热传递介质。
  • 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。

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,热导率最高。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。

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)。

改善加工工艺

  • 决定灌封硅橡胶导热性的另一个主要因素是其加工工艺。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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