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填料的差异如何影响材料导热性能

  在导热填料填充高分子复合材料中,填料的种类、含量、成份、结构、表面处理等因素对于材料的导热性能都有重大影响。


1)填料种类


  填料的导热系数影响复合材料的导热性能。

                                  常见导热填料的导热系数

填料

导热系数(W/m.k)

填料

导热系数(W/m·k)

Ag

417

Cu

398

Ni

158

Al

315

Al2O3

30

ZnO

60

SiC

80~120

AlN

300

BN

250~300

石墨

100~400

炭黑

6~174

丙烯腈碳纤维

8~70

沥青基碳纤维

530~1100

碳纳米管

3000~3500

金刚石

2000

石墨烯

2000~5200



2)填料含量


  如下图所示,在导热复合材料中,热的传导主要通过导热粒子之间的接触来实现。因此,导热粒子的添加量越高,接触点越多,散热路径也就越多,导热率越高。但填料过量会影响材料的机械性能。


微信图片_20220324144338.png


3)填料尺寸分布


  填料的尺寸分布对复合材料的导热性能有一定的影响。大小颗粒混合堆积,使得填料之间可以形成更多的有效接触,导热网络更密集,有效提高材料的导热性能。

微信图片_20220324144355.png


4)填料形状


  填料形状对其在基体中的分布以及复合材料的热学性能和力学性能都具有一定的影响。填料的形态有粒状、片状、纤维状等。选择不同尺寸和形状的填料进行混合填充,可以最大程度地形成散热路径,从而提高材料的热导率。

微信图片_20220324144404.png

                           图  不同形状填料混合


5)填料表面处理


  无机填料粒子一般和有机高分子材料基体之间的界面相容性差,填料粒子在基体中容易团聚,难以形成均匀分散,表面张力差使得粒子表面较难被基体润湿,两者之间存在空隙,增加界面热阻,因此一般需要对填料进行表面处理改善导热性能。


  由此可见,导热高分子复合材料的制备并不是简单的共混,而是需要探索新的导热理论模型、不同填料复配以及合理的填料表面处理。


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行业动态

填料的差异如何影响材料导热性能

  在导热填料填充高分子复合材料中,填料的种类、含量、成份、结构、表面处理等因素对于材料的导热性能都有重大影响。


1)填料种类


  填料的导热系数影响复合材料的导热性能。

                                  常见导热填料的导热系数

填料

导热系数(W/m.k)

填料

导热系数(W/m·k)

Ag

417

Cu

398

Ni

158

Al

315

Al2O3

30

ZnO

60

SiC

80~120

AlN

300

BN

250~300

石墨

100~400

炭黑

6~174

丙烯腈碳纤维

8~70

沥青基碳纤维

530~1100

碳纳米管

3000~3500

金刚石

2000

石墨烯

2000~5200



2)填料含量


  如下图所示,在导热复合材料中,热的传导主要通过导热粒子之间的接触来实现。因此,导热粒子的添加量越高,接触点越多,散热路径也就越多,导热率越高。但填料过量会影响材料的机械性能。


微信图片_20220324144338.png


3)填料尺寸分布


  填料的尺寸分布对复合材料的导热性能有一定的影响。大小颗粒混合堆积,使得填料之间可以形成更多的有效接触,导热网络更密集,有效提高材料的导热性能。

微信图片_20220324144355.png


4)填料形状


  填料形状对其在基体中的分布以及复合材料的热学性能和力学性能都具有一定的影响。填料的形态有粒状、片状、纤维状等。选择不同尺寸和形状的填料进行混合填充,可以最大程度地形成散热路径,从而提高材料的热导率。

微信图片_20220324144404.png

                           图  不同形状填料混合


5)填料表面处理


  无机填料粒子一般和有机高分子材料基体之间的界面相容性差,填料粒子在基体中容易团聚,难以形成均匀分散,表面张力差使得粒子表面较难被基体润湿,两者之间存在空隙,增加界面热阻,因此一般需要对填料进行表面处理改善导热性能。


  由此可见,导热高分子复合材料的制备并不是简单的共混,而是需要探索新的导热理论模型、不同填料复配以及合理的填料表面处理。



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