導熱高分子復合材料有導熱塑料、導熱橡膠、導熱膠粘劑等，作為當今重要的熱管理材料，在變壓器電感、電子元器件散熱、特種電纜、電子封裝、導熱灌封等領域都有廣泛的應用。然而，事實上，一般純的高分子材料都是熱的不良導體，其導熱系數一般都低于 0.5 W/(mK)，那么，高分子材料是如何實現導熱性能的呢？下面我們就來一起了解一下。

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1、高分子材料的導熱方法

對于導熱高分子材料來說，提升材料的導熱性能是關鍵。改善高分子材料的導熱性能的方法有兩種：

1）本征型導熱材料

即改變高分子本身的鏈節結構獲得特殊物理結構，提高導熱性能；但由于制備工藝復雜、難度大、成本高，并不常用。

2）導熱填料填充改性復合材料

采用高熱導率的填料粒子對聚合物進行填充，制備填充型導熱復合材料，是現今采用最廣泛的制備導熱高分子復合材料的方法。

由于高分子材料基體的導熱性能普遍較差，復合材料的熱導率主要取決于填料的熱導率及其在復合材料中的作用。因此，填料是影響復合材料熱導率的關鍵因素。

2、導熱填料的種類

導熱填料主要分為兩種：導熱絕緣填料和導熱非絕緣填料。

1）導熱絕緣填料

• 主要用于電子元器件的封裝材料等對電絕緣性能有較高要求的場合
• 導熱絕緣填料有金屬氧化物、金屬氮化物等，如氮化硼、氮化鋁、氧化鋁、金剛石、碳化硅等；

2）導熱非絕緣填料

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• 主要用于對絕緣性要求較低的場合
• 導熱非絕緣填料主要有金屬填料和碳基填料兩種。金屬填料有銀、銅、鋁、鎂、鎳等，碳基填料有石墨烯、碳納米管、碳纖維、石墨、炭黑等。

3、填料對材料導熱性能的影響

在導熱填料填充改性復合材料中，填料的種類、含量、尺寸分布、形狀、表面處理等因素對于材料的導熱性能都有重大影響。

1）填料種類

填料的導熱系數影響復合材料的導熱性能。

2）填料含量

如下圖所示，在導熱復合材料中，熱的傳導主要通過導熱粒子之間的接觸來實現。因此，導熱粒子的添加量越高，接觸點越多，散熱路徑也就越多，導熱率越高。但填料過量會影響材料的機械性能。

圖源：積水化學

3）填料尺寸分布

填料的尺寸分布對復合材料的導熱性能有一定的影響。大小顆粒混合堆積，使得填料之間可以形成更多的有效接觸，導熱網絡更密集，有效提高材料的導熱性能。

圖源：積水化學

4）填料形狀

填料形狀對其在基體中的分布以及復合材料的熱學性能和力學性能都具有一定的影響。填料的形態有粒狀、片狀、纖維狀等。選擇不同尺寸和形狀的填料進行混合填充，可以最大程度地形成散熱路徑，從而提高材料的熱導率。

圖? 不同形狀填料混合

5）填料表面處理

無機填料粒子一般和有機高分子材料基體之間的界面相容性差，填料粒子在基體中容易團聚，難以形成均勻分散，表面張力差使得粒子表面較難被基體潤濕，兩者之間存在空隙，增加界面熱阻，因此一般需要對填料進行表面處理改善導熱性能。

由此可見，導熱高分子復合材料的制備并不是簡單的共混，而是需要探索新的導熱理論模型、不同填料復配以及合理的填料表面處理。

原文始發于微信公眾號（5G材料論壇）：高分子材料如何導熱？