導(dǎo)熱填料是如何影響聚合物復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能的？

       目前，高導(dǎo)熱聚合物材料發(fā)展和應(yīng)用前景廣闊，是一種功能材料，導(dǎo)熱性能較好，在電機(jī)、電子封裝、航空航天、軍事領(lǐng)域都有應(yīng)用。制備導(dǎo)熱聚合物通常有兩種方法：一是制備本征型導(dǎo)熱聚合物材料，即通過化學(xué)方法聚合出具備特殊結(jié)構(gòu)的新型材料，提高導(dǎo)熱性能，此種方法工藝復(fù)雜、難度大、成本高、難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)；二是用高熱導(dǎo)率的填料粒子對聚合物進(jìn)行填充，制備填充型導(dǎo)熱聚合物材料，這種方法工藝簡單，成本較低，是目前提高聚合物材料導(dǎo)熱性能的主要方法

　　在導(dǎo)熱聚合物材料中，當(dāng)填料含量較少時(shí)，粒子之間未能形成相互接觸和作用，填料對體系的導(dǎo)熱性能貢獻(xiàn)不大，聚合物材料的熱導(dǎo)率不理想；當(dāng)填料的添加量達(dá)到某一臨界值時(shí)，填料間接觸增多，體系內(nèi)形成了大量類似網(wǎng)狀或鏈狀結(jié)構(gòu)形態(tài)，即導(dǎo)熱網(wǎng)鏈，使得聚合物材料的熱導(dǎo)率大大提高。

　　導(dǎo)熱填料自身的導(dǎo)熱性能與顆粒尺寸存在很大關(guān)系，對同一種填料而言，更細(xì)微粒徑的填料具有更高的導(dǎo)熱系數(shù)。這是因?yàn)閷τ谕环N導(dǎo)熱填料，粒徑越小，越有利于其在聚合物內(nèi)部的分散以及填料之間的相互接觸，從而提高導(dǎo)熱系數(shù)。對于多組分填料填充型導(dǎo)熱復(fù)合材料來說，使用大小顆粒混合堆積能夠提高材料的熱導(dǎo)率，這是因?yàn)樾☆w粒能夠進(jìn)入大顆粒無法占據(jù)的空間，存在于大顆粒之間的間隙中，與大顆粒或小顆粒形成更緊密的堆積，這樣填料之間可以形成更多的有效接觸，導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)更密集，材料的導(dǎo)熱性能可以有效提高。

　　導(dǎo)熱填料的形狀也是影響導(dǎo)熱材料熱學(xué)性能的因素之一。常見的導(dǎo)熱填料主要包括粒狀、片狀、纖維狀等形態(tài)，當(dāng)導(dǎo)熱填料具有高比表面積和長徑比時(shí)，在基體中更容易形成聲子導(dǎo)熱通道，有利于復(fù)合材料導(dǎo)熱性能的提高。有研究表面，具有高比面積的晶須和片狀填料對提高聚合物熱導(dǎo)率更有效，纖維次之，粉體最差，是因?yàn)榫ы毢推瑺畈牧细菀仔纬蓪?dǎo)熱通路。

　　大多數(shù)的導(dǎo)熱填料與聚合物基體間的相容性較差，難以被樹脂良好的浸潤，導(dǎo)致填料在基體中分散性差，難以制得導(dǎo)熱性能優(yōu)異的復(fù)合材料。特別是一些納米材料、由于表面能高，很容易發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象，在基體中分散不均，形成一些缺陷，聲子在缺陷處的傳遞難以繼續(xù)，導(dǎo)致復(fù)合材料的熱導(dǎo)率沒有提高。因此，通過對導(dǎo)熱填料的表面改性提高粒子的分散性，改善聚合物與填料之間的界面，能夠有效提高復(fù)合材料的熱導(dǎo)率。

　　導(dǎo)熱填料大多采用溶液混合、粉末共混法、熔體共混法等方式引入聚合物基體中，不同的引入方式會影響填料的分散狀態(tài)。一般來說，熔體共混法制備的復(fù)合材料熱導(dǎo)率效果最差，因?yàn)槿垠w共混法會損害填料如石墨、碳管的長徑比；溶液混合法效果較好，能夠制備分散均一的導(dǎo)熱復(fù)合材料且保持填料的長徑比；而粉末共混法是指將聚合物粉末與填料粉末一起先混合均勻，在進(jìn)行成型制備復(fù)合材料的方法，通常這種方法能夠制備出性能最好的復(fù)合材料，導(dǎo)熱填料分散在基體顆粒之間，又不會損害填料的形態(tài)，很容易形成導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)，從而制得高導(dǎo)熱的復(fù)合材料。