导热高分子的导热机理(精)

1、导热高分子的导热机理学校名称：华南农业大学院系名称材料与能源学院时间：2017年2月27日职业教育高分子材料加工技术专业教学资源库 1.导热机理热传导过程采取扩散形式，但各种材料的导热机理是不同的。固体内部的导热载体分别为电子、声子(点阵波)、光子(电磁辐射)3种1。对聚合物而言，通常为饱和体系，无自由电子，导热载体为声子，热传导主要依靠晶格振动。聚合物相对分子质量很大，具有多分散性，分子链则以无规则缠结方式存在，难以完全结晶，再加上分子链的振动对声子有散射作用2，使聚合物材料的热导率很小。表1一些高分子材料的热导率Tab.Thermalconductivityofsomepolymers材料

2、聚乙烯聚加/J晞聚笊八烯聚甲基丙烯酸甲酯舅酰胺热率/W5(mK)-10.330.13-0.170.驱0.17-0.250.25为了提高聚合物的热传导性能，可以制备具有结晶和高取向结构的聚合物材料，即合成结构型导热高分子材料;也可以向聚合物基体中添加导热填料来制备导热复合材料，即合成填充型导热高分子材料3。制备结构型导热高分子材料加工工艺复杂，成本较高，且仅适用于少数聚合物，通常比较困难;采用填充导热填料来制备导热高分子材料，制备工艺简单，投资成本低，是目前制备导热高分子材料的主要方法。制备结构型导热高分子材料，需要借助外力使高分子物理结构发生改变，制备工艺复杂，难度较大，因此在实际应用中受到使

3、用限制。1.1导热网链机理填料的热导率及其在聚合物基体中的分布形式决定了整个复合材料的热导率。当填料的填加量较少时，填料在基体中以似孤岛形式分布，为分散相，被聚1张志龙，吴昊，景录如高导热绝缘复合材料的研究J.舰船电子工程，2005,25(6):36-40.2周文英，齐暑华，李国新，等导热胶粘剂研究J材料导报，2005,19(5):26-33.3石路晶，贾长明.导热高分子材料在电子封装领域应用研究J,.包装工程，第35卷第17期2014年09月,合物包覆，形成类似于聚合物共混体系中的“海一岛”结构。当填料的填充量达到某一临界值时，填料之间会相互接触，形成导热网链4。随着填充量的增加，导热网链相

4、互贯穿，复合材料导热性能显著提高。这就如同一个简单的电路，基体和填料分别看作2个热阻。当填充量较小时，不能形成导热网链，从热流方向来看，基体和填料相当于是串联的热阻，阻值越大，导热性越差;当填充量较大时，填料之间相接触，形成导热网链，导热网链热阻小，此时基体和填料在热流方向上相当于并联，导热网链在热量传递过程中起主导作用，如图1所示。Agari模型即是以导热网链机理为基础的。负流热沈5）垂直传导（串联）（b）T行传导（并联）圏1热流垂直和平行传导示意图1.2热弹性组合增强机理研究结果显示复合体系热导率随填料含量的增加始终呈逐步上升趋势，未表现出电导率那样的急剧变化;在相同填充量时，复合材料的热

5、导率随粒径的减小而减小，与电导率随粒径变化规律相反。这种差异主要是二者具有不同传导机理，文中通过热弹性复合增强机制解释了这一变化规律。根据固体物理学理论，声子是人为量化的固体点阵振动格波，与电子这一实体物质粒子的运动和传递存在实质性的差异。导电过程是自由电子的定向运动和传导过程，因此形成传导路径非4孔娇月，陈立新，蔡聿锋.导热高分子复合材料研究进展J.中国塑料，第25卷第3期,2011年3月常重要。通过分析各种无机物的热物性变化规律发现5，材料热导率的变化与经典振动和弹性力学中的弹性模量非常类似，因此可将材料的热导率看作是声子（即热振动）传递过程的弹性模量。类似地，导热填料填充的聚合物基复合材

6、料热导率的增大可以看成高热导率的填料对低导热率的基体的复合（组合增强作用），如图2所示，复合材料的热导率用式（1）表述。AWVWrWMAAW-iWWM/VA於MAWrtT沁mawaUammav1空隙，杂质等结构缺陷2填料3基体树脂图2导热填料填充复合材料的热振动增强示意图x=f（4你a1）（1）式中X复合材料的热导率,w/（mK）入各组分的热导率,W/（maK）匕各组分的体积分数，6填料的分布函数1填料与基体的界面参数5马庆芳，方荣生.实用热物理性质手册M.北京:中国农业机械出版，1986:144-383.职业教育高分子材料加工技术专业教学资源库LED产业的快速发展使得市场对具有高导热性以及绝缘性能的复合材料需求也越来越大。聚合物基导热绝缘复合材料可应用于LED散热片、LED热传导材料、支架以及LED灯座等方面。该类材料的应用可满足LED灯高导热性和绝缘性的要求，有效地降低LED灯的使用温度，提高其使用寿命。此外，该类材料具有较好的设计自由度和成型性能，所制造的LED灯具具有质轻、美观等特点。参考文献1张志龙，吴昊，景录如高导热绝缘复合材料的研究J.舰船电子工程,2005,25(6):36-40.2周文英，齐暑华，李国新，等.导热胶粘剂研究J.材料导报，2005,19(5):26-33.3石路晶，贾长明.导热高分子材料在电子封装领域应用研究，J包装工程