毛媛欣，范宏玥，劉燕

河北工程大學

導熱高分子材料的研究與應用

毛媛欣，范宏玥，劉燕

河北工程大學

科學的發(fā)展是沒有止境的，在這條人類不斷探索前進的路上，高科技產(chǎn)品逐漸成為了人們生活和生產(chǎn)活動中的主角，導熱高分子材料也是一種科學技術(shù)發(fā)展的成果，不但具有高效的導熱性能，還可以通過調(diào)整成分和制備工藝滿足其他性能需求，為此成為了研究領(lǐng)域的熱點，本文將對導熱高分子材料的研究現(xiàn)狀進行總結(jié)，并探討其在實踐領(lǐng)域的應用前景。

導熱；高分子；材料；研究；應用

一、前言

目前的導熱材料應用越來越廣泛，無論是日常生活中使用的電器和住宅設(shè)施，還是工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的各個環(huán)節(jié)都存在著導熱材料。被人們所熟悉了解的導熱材料是金屬材料和無機材料。隨著人類的發(fā)展，對導熱材料也提出了新的要求，為此科學家們開發(fā)了高分子材料作為導熱材料，不但具有優(yōu)良的導熱性能，同時還能夠具有一定的絕緣性，受到了廣泛關(guān)注。

二、導熱高分子材料的導熱原理

導熱高分子材料能夠?qū)崿F(xiàn)較高的導熱能力，可以媲美金屬材料和無機材料的導熱性能，但是從導熱機理上分析，還是存在很大差異的。首先需要了解金屬材料的導熱是依靠金屬材料內(nèi)部的自由電子運動實現(xiàn)，當出現(xiàn)溫差時，自由電子之間由于運動而產(chǎn)生能量交換，從而將熱量傳遞。而無機材料則是依賴于聲子來實現(xiàn)，聲子就是無機材料內(nèi)部的無規(guī)律排列分子或原子，通過聲子熱振動而將能量傳遞出去，大部分無機材料的導熱性能小于金屬層材料。接下來將是重點討論的高分子材料。高分子材料之所以導熱性能較差，主要是其內(nèi)部的分子結(jié)構(gòu)導致其缺少能夠參與熱量傳遞的有效載荷。多數(shù)高分子材料是由體積較大的基團或者分子鏈組成，這些結(jié)構(gòu)在溫度變化時振動較小，熱量無法有效傳遞，并且由于高分子材料的復雜性受到了溫度、壓力、分子結(jié)構(gòu)等影響，導致高分子材料種類繁多。高分子材料的聲子振動情況極大依賴于溫度因素，當溫度發(fā)生變化時，高分子材料內(nèi)部的分子鏈和晶體結(jié)構(gòu)都會有所變化，這樣就影響了晶體熱振動情況，從而使導熱性能發(fā)生變化。既然如此，那么我們就可以利用高分子材料分子結(jié)構(gòu)多變的特點，尋找能夠填充到其分子結(jié)構(gòu)內(nèi)部而獲得高導熱性。高分子材料的導熱程度還受到分子結(jié)合的緊密程度影響，可以通過對高分子材料的壓縮或拉伸來改變其導熱性能。

三、導熱高分子材料的研究現(xiàn)狀

通過對上述高分子材料提高導熱性原理的分析結(jié)合現(xiàn)有研究可以發(fā)現(xiàn)，目前的導熱高分析材料研究主要沿著填充的方式來增強其導熱性能，將導熱性能較好的填料作為填充主體，獲得導熱性能良好的高分子材料?，F(xiàn)有最主要的填料有金屬填料、無機材料填料和導電有機物填料，下面將對三個方面的研究現(xiàn)狀進行詳細描述：

1、金屬填料的應用

最初的試驗源于美國研究，實驗者利用鋁粉作為填充料加入到聚丙烯和酚醛樹脂當中，結(jié)果獲得了達到純鋁導熱率80%的優(yōu)質(zhì)導熱材料，而填料占比僅為18%～22%。在接下來的日本學者研究將鋁粉加入到塑料當中，不但獲得了較好的導熱性能，還能夠?qū)崿F(xiàn)優(yōu)質(zhì)的機械性能，這樣使得導熱數(shù)量能夠具有一定的抗沖擊性能，應用領(lǐng)域極大拓寬。這些研究說明金屬粉末有助于提高高分子材料的導熱性，其他金屬粉末如銅、銀、錫、鐵等都能夠?qū)崿F(xiàn)這種效果。

2、無機填料的應用

無機材料作為填料時首先應該考慮無機材料本身是否具有良好的導熱性能，因此常用的無機材料為石墨、陶瓷、碳纖維等，其中學者們在研究中多數(shù)采用石墨作為填料，主要考慮到它具有的優(yōu)良導熱性能。在不同的研究者的研究結(jié)果中，無機材料的填充都能夠有效提高高分子材料的導熱率。

3、導電有機物的應用

這里所指的導電有機物主要包含聚乙炔、聚亞苯基硫醚等，它們的加入不僅僅能改善高分子材料的導熱能力，還能夠提高高分子材料的其他特性，如加工性能、物理特性等，當然也不需要擔心由于導電有機物的加入帶來的絕緣性下降。

四、當前導熱高分子材料的應用實踐

在化工等領(lǐng)域要求換熱器能夠適應較為惡略的使用條件，高溫高壓高腐蝕性，當然也需要具備換熱器本身功能即良好的換熱性能，目前大多數(shù)具有良好導熱性能的材料都無法滿足這一使用需求，使用壽命短，容易遭受到化學物質(zhì)和水汽的腐蝕。導熱高分子材料的存在就解決了這一問題，通過石墨填料改良后的高分子材料具有極強的分子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，可以抵抗化學產(chǎn)品的腐蝕，另一方面由于石墨填料的而加入又能夠具有優(yōu)良的換熱能力，因此受到業(yè)界的歡迎。

導熱絕緣膠粘劑也是隨著導熱高分子材料的誕生而開發(fā)的產(chǎn)品，目前的電子技術(shù)應用中需要能夠滿足導熱同時又能夠絕緣的材料，因此可以通過對具有絕緣特性的高分子材料進行填充，實現(xiàn)其導熱性能提高，迎合了現(xiàn)代化電子設(shè)備的需求。

導熱節(jié)能膠粘劑也是一種新型產(chǎn)品，主要以導熱性能良好的無機材料作為主要導熱性能影響材料，高分子材料仍然作為粘接的主體，從而形成了這種導熱性能優(yōu)良，化學性能穩(wěn)定的優(yōu)質(zhì)粘接劑，這種高分子制劑有效解決了現(xiàn)有粘接劑的缺點，并保留了原有的優(yōu)點，具有較強的應用性能。

五、結(jié)論

通過本文的分析可以看出，目前導熱高分子材料的研究工作已經(jīng)具備一定的基礎(chǔ)，科學工作者對于導熱高分子材料的理論研究工作已經(jīng)達到了能夠應用的深度，在不同的工業(yè)領(lǐng)域這種高性能的導熱高分子材料已經(jīng)獲得了認可和應用，在未來的研究中還將更加關(guān)注于對于導熱高分子材料制作的填充材料開發(fā)，并對相關(guān)研究更加深化以推動導熱高分子材料更加靈活的應用。

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[2]黃鑫.對導熱高分子材料的研究與應用[J].化工管理，2015，7.

[3]孟丹，董云肖.導熱高分子材料的研究和開發(fā)進展[J].科研，2015，14.

[4]李玥.導熱高分子材料的研究與應用分析[J].山東工業(yè)技術(shù)，2014，21.

范宏玥，河北工程大學，本科生，專業(yè)：復合材料與工程；

劉燕，河北工程大學，本科生，專業(yè)：復合材料與工程。

毛媛欣，河北工程大學，本科生，專業(yè)：復合材料與工程；