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表：常見塑料和填料的導熱率

如上表所示，典型的高分子材料的導熱系數很低，一般0.2-0.46W/(m.K)左右；而金屬材料、金屬化合物導熱性能很好（導熱性能的好壞主要用導熱系數來衡量）。

在實際應用如LED燈中，其燈座需要材料量輕、絕緣且易散熱，導熱塑料結合了金屬和典型塑料的優點，其導熱系數一般為2-20W/(m.K)，某些特殊品級導熱塑料的導熱系數可達50W/(m.K)或更高，最高可達100W/(m.K)，特別適合應用在LED燈座等類似環境中。回復“導熱”查看更多文章

一、什么是導熱塑料？

從字面意思很好理解，導熱塑料既是具有良好導熱性能的塑料。那么如何實現塑料具有良好的導熱性？簡單的說，導熱塑料是以通用塑料或工程塑料為基材，將高導熱復合材料添加在塑料基材中共混復合、通過熱傳導改性而成的新型高性能塑料。

圖：導熱塑料應用于LED燈座

導熱塑料的主要組成包括：

主要基體材料:PPS、PA6/PA66、LCP、TPE、PC、PP、PPA、PEEK 等

主要填料:AlN、SiC、Al2O3、Mg(OH)2、石墨等

導熱塑料憑什么能秒殺鋁材？

首先是好用：外殼為鋁合金時，由于外殼導電，內部必須采用隔離啟動系統；而絕緣導熱型塑料可以簡化設計，制造方便。

其次是便宜：單位質量的導熱塑料價格高于鋁，但系統成本卻持平或較低，且數量越大，塑料的成本優勢越明顯。這是因為導熱塑料采用注塑成型工藝，一次成型無需后續加工，而且在注塑成型時，模具可設計為一出四，所以工作效率很高，加工成本低。而鋁材，如壓鑄鋁：需要經澆鑄、壓鑄、打磨、拋光、鍍、氮化的一系列技術；加工周期長、加工成本高。

最后是輕薄：輕是不用過多介紹了，導熱塑料比鋁材輕 40-50%；薄是由于塑料本身的高流動性可以注塑得到更薄、更復雜的制品，從而既增加了其散熱性能，又增加其可設計性、節約成本。

二、導熱塑料有哪些常見的類型？

一般而言，塑料導熱性能不好，通過化學合成或物理共混金屬材料等可以顯著提高其導熱性。故導熱塑料主要包括：合成型和填充型。

1.合成型導熱塑料

合成具有高導熱系數的聚合物，如具有完整結晶、通過聲子實現導熱的聚合物。

2.填充型導熱塑料

通過高導熱填料粒子、纖維、層片等對聚合物進行填充。填充型導熱塑料又可分為兩類：

A.導熱絕緣塑料

?導熱系數不高，1.5W/m.k 左右；

?主要填料包括金屬氧化物 Al2O3、MgO、SiO2，金屬氮化物 AlN、Si3N4、BN 及 SiC 、B4C3等。

B.導熱導電塑料

?導熱系數可以做到5.0W/m.k或更高；

?主要填料包括金屬粉/ 纖維、石墨、碳纖維、CNT、石墨烯等。

三、填充型導熱塑料的導熱機理

目前，填充型導熱塑料占據主要市場，我們重點看看它的機理是怎樣的？

對于填充型導熱塑料來說，其導熱性能取決于聚合物和導熱填料的相互作用，填料種類不同其導熱機理不同。金屬填料是靠電子運動進行導熱；絕緣填料主要靠聲子導熱，其熱能擴散速率主要取決于鄰近原子或結合基團的振動。

圖：導熱導電型材料導熱機理

金屬填料是靠電子運動進行導熱，從而具有較高的熱傳導性。

圖：導熱絕緣型材料導熱機理

絕緣填料主要靠聲子導熱，其熱能擴散速率主要取決于鄰近原子或結合基團的振動。

另外，影響填充型塑料導熱性能的還有：填料種類、填料形體和粒徑、填料含量、填料表面處理方式、導熱塑料導熱機理。

四、常見導熱材料的優缺點分析

1、氮化鋁AlN

優點：導熱系數非常高。

缺點：價格昂貴，通常每公斤在千元以上；氮化鋁吸潮后會與水反應會水解AlN+3H20=Al(OH)3+NH3 ，水解產生的Al(OH)3會使導熱通路產生中斷，進而影響聲子的傳遞，因此做成制品后熱導率偏低。即使用硅烷偶聯劑進行表面處理，也不能保證100%填料表面被包覆。單純使用氮化鋁，雖然可以達到較高的熱導率，但體系粘度極具上升，嚴重限制了產品的應用領域。

2、氮化硼BN

優點：導熱系數非常高，性質穩定。

缺點：價格很高，市場價從幾百元到上千元（根據產品品質及粒徑大小不同價格差別較大），雖然單純使用氮化硼可以達到較高的熱導率，但與氮化鋁類似，大量填充后體系粘度極具上升，嚴重限制了產品的應用領域。

3、碳化硅SiC

優點：導熱系數較高。

缺點：合成過程中產生的碳及石墨難以去除，導致產品純度較低，電導率高，不適合電子用膠。密度大，在有機硅類膠中易沉淀分層，影響產品應用。環氧膠中較為適用。

4、氧化鎂MgO

優點：價格便宜。

缺點：在空氣中易吸潮，增粘性較強，不能大量填充；耐酸性差，一般情況下很容易被酸腐蝕，限制了其在酸性環境下的應用。

5、α-氧化鋁（針狀）

優點：價格便宜。

缺點：添加量低，在液體硅膠中，普通針狀氧化鋁的最大添加量一般為300份左右，所得產品導熱率有限。

6、α-氧化鋁（球形）

優點：填充量大，在液體硅膠中，球形氧化鋁最大可添加到600~800份，所得制品導熱率高。

缺點：價格較貴，但低于氮化硼和氮化鋁。

7、氧化鋅ZnO

優點：粒徑及均勻性很好，適合生產導熱硅脂。

缺點：導熱性偏低，不適合生產高導熱產品；質輕，增粘性較強，不適合灌封。

8、石英粉（結晶型）

優點：密度大，適合灌封；價格低，適合大量填充，降低成本。

缺點：導熱性偏低，不適合生產高導熱產品。密度較高，可能產生分層。

綜上，不同填料有各自特點，選擇填料時應充分利用各填料的優點，采用幾種填料進行混合使用，發揮協同作用，既能達到較高的熱導率，又能有效的降低成本，同時保障填料與有機硅基體的混溶性。

圖：導熱塑料應用于照明領域（圖片來源于深圳華力興）

五、選購導熱塑料需要注意哪些？

面對眾多的導熱塑料供應商，如何更合理地挑選高性價比的產品，以下幾大材料性能尤其值得關注：

1. 導熱系數

作為關鍵技術指標，目前各個廠家的材料，導熱系數是最受用戶關注的。而測試導熱系數的技術標準卻各不相同，有ASTM E1530、ASTM E1461等等。即使在同樣的技術標準下，測試手段又有所不同，比如有平板法，激光法，在不同的測試手段情況下，最后的測試結果誤差范圍是完全不同的。通常激光法的精度要比平板法高，而激光法涉及的設備基本依賴進口，價格昂貴。

2. 材料流動性

通常會用熔融指數來表示。流動性好的導熱材料，其成型比較容易，生產較為順暢。基于流動性高的導熱塑料，散熱器的壁厚可以設計比較薄，通常為1-1.2mm, 由于薄的壁厚又會造成散熱路徑的縮短，從而提高散熱效果。同時，較薄的壁厚又會減低材料的克重，降低材料成本。如果是流動性差的材料，通常不太容易注塑成形，而且會容易損壞模具，增加模具維護費用。

3. 成型收縮率

通常在厚度為3mm 條件下，合格的成型收縮率應該在0.5%以下，大于0.8%會對散熱器尺寸精度產生不利影響。成型收縮率應越小越好。如選用較高成型收縮率的材料，將不得不增加壁厚來彌補。

4. 機械性能

導熱塑料散熱器的機械強度取決于幾個關鍵指標: 懸臂梁缺口沖擊強度，抗拉強度，彎曲強度，通常可以比較不同材料的指標，指標數值越大越好。機械性能優異的導熱塑料，可以在散熱器結構中加入卡扣設計，使得PC罩或透鏡與散熱器的接口通過卡扣來實現，從而避免完全依賴粘膠來固定。粘膠的問題在于：需要固化時間，延長交貨時間，同時膠水在高溫下容易霧化，影響出光效果。

5. 阻燃特性

關鍵有兩點，第一、是否符合UL94 V0 阻燃等級，對出口美國市場會比較關鍵，第二，是否無鹵素阻燃，簡單的說，阻燃劑中不要含有鹵素，否則材料的環保等級會下降，較難通過歐洲RoHS, REACH 指令。回復“RoHS”查看更多文章

6. 絕緣特性

導熱塑料的一個好處是絕緣安全性，如果注塑好的散熱外殼，可以承受3500V以上的高壓，那過安規測試應該很容易。匹配這樣的絕緣外殼，可以選用的燈板、電源方案可以比較靈活，包括：高壓線性燈珠+高壓線性電源，非隔離電源+中功率燈珠。具體的參數可以參考介電強度。

7. 熱膨脹系數

如果在散熱器結構中采用塑包鋁的結構，應考慮外層導熱塑料和內層鋁合金的膨脹系數差異，鋁合金的熱膨脹系數為：0.000024 mm/mm*k，導熱塑料的膨脹系數應在相同的數量級別，否則會造成不能同步熱脹冷縮，導致散熱器外殼開裂。

六、導熱塑料的應用有哪些？

圖：電池外殼

>> 電池外殼

? 降低電池表面溫度,提高安全性 ；

? 延長電池壽命 ；

? 縮短電池充電時間 。

圖：LED燈罩（圖片來源于中廣核俊爾）

>>LED 燈罩

? 減輕 LED 燈重量,提高安全性 ；

? 降低 LED 燈溫度,提高燈光質量,延長燈的壽命；

? 更加環保低碳 。

圖： 馬達線圈骨架（左）和電動工具外殼 （右）

>> 馬達線圈骨架

? 降低骨架溫度,提高可靠性

? 延長使用壽命

>> 電動工具外殼

? 降低外殼表面溫度,提高舒適性和安全性；

? 延長工具使用壽命 。

圖：導熱塑料應用于照明領域（圖片來源于深圳華力興）

七、全球知名的導熱塑料供應商有哪些？

巴斯夫（德國）、科思創（前拜耳材料科技，德國）、圣戈班（法國）、東麗（日本）、帝斯曼（荷蘭）、海拉胡克股份公司（德國）、RTP公司（美國）、賽拉尼斯（美國）、普立萬（美國）、鐘化（日本）、三菱工程塑料（日本），如果您也是導熱塑料供應商，請在評論處為自己代言！

本文部分內容來源百度文庫：http://wenku.baidu.com/view/a760c64be518964bcf847c8c.html?from=search&isbtn=1，艾邦高分子編輯整理，轉載請注明來源。如涉及版權，請聯系我們刪除，聯系郵箱：info@polytpe.com

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