关于导热塑料的几个小常识

1导热塑料的定义

导热塑料是具有高热导率【又称导热系数，单位：W/(m·k)】的一类功能性塑料，其主要通过导热填料(包括粒子、纤维、层片等)对树脂基体材料的均匀填充而制得。

2常见导热填料的种类及热导率

常见导热填料包括以下金属和无机填料。

(1)金属粉末填料：铜粉、铝粉、铁粉、锡粉、镍粉等；

(2)金属氧化物：氧化铝、氧化铋、氧化铍、氧化镁、氧化锌；

(3)金属氮化物：氮化铝、氮化硼、氮化硅；

(4)无机非金属：石墨、碳化硅、碳纤维、碳纳米管、石墨烯、碳化铍等。

常见导热填料的热导率如下表所示。

3导热塑料的分类

导热塑料可分为：导热导电塑料和导热绝缘塑料。绝大多数导热塑料的电绝缘性能，最终是由填料粒子的绝缘性能决定的。

（1）绝缘导热塑料

绝缘导热塑料中的导热填料主要包括：

金属氧化物如Al2O3、MgO、SiO2；

金属氮化物如AlN、Si3N4、BN 及SiC 、B4C3等；

由于填料粒子属于非导电粒子，从而导致塑料绝缘。这一类导热塑料的热导率并不高。

（2）导电导热塑料

导电导热塑料中的导热填料主要包括金属粉、纤维、石墨、碳纤维、碳纳米管、石墨烯等。

由于这一类填料属于导电粒子，因此其对应的导热塑料也会呈现出一定的导电性，其热导率一般相对较高。

4导热塑料的导热机理

导热塑料的导热性能取决于树脂与导热填料的相互作用。不同种类的填料具有不同的导热机理。

（1）金属填料的导热机理

金属填料的导热主要是靠电子运动进行导热，电子运动的过程伴随着热量的传递。

（2）非金属填料的导热机理

非金属填料导热主要依靠声子导热，其热能扩散速率主要取决于邻近原子或结合基团的振动、伸缩或扭转等。包括金属氧化物、金属氮化物以及碳化物。

5影响导热塑料热导率的因素

（1）树脂基体材料和导热填料的特性

一般情况下，树脂基体材料和导热填料的热导率越高，导热塑料的热导率越高。

（2）导热填料的形状

一般来说，导热填料越容易形成导热通路，导热塑料的导热性能越好。按形成导热通路的容易程度，优选的填料形状为晶须或纤维状，其次为片状，再次为颗粒状。

（3）导热填料的含量

填料在树脂基体中的分布情况决定着导热塑料的导热性能。当填料含量较小时，起到的导热效果不明显；当填料过多时，复合材料的力学性能会受到较大的影响。而当填料含量增至某一值时，填料之间相互作用在体系中形成类似网状或者链状的导热网链，当导热网链的方向与热流方向一致时，导热性能最好。因此，导热填料的含量存在着某一临界值。

（4）导热填料与树脂基体材料界面的结合特性

填料与基体的结合程度越高，导热性能越好，选用合适的偶联剂对填料进行表面处理，热导率可提高10%—20%。

（5）导热填料之间的复配

不同导热填料之间有时可形成互补，如将纤维状和层状或颗粒状的导热填料复配，层状或颗粒状的导热填料有可能会弥补纤维状导热填料之间的空隙，从而进一步完善导热网链，提高热导率。