工業(yè)膠核心參數(shù)！“高導(dǎo)熱”硅酮膠是如何煉成的？
導(dǎo)熱硅酮膠要想實(shí)現(xiàn)在工業(yè)上的廣泛應(yīng)用，良好的導(dǎo)熱性能是至關(guān)重要的。目前，導(dǎo)熱硅酮膠的導(dǎo)熱改性研究以填充改性為主，導(dǎo)熱填料最終的導(dǎo)熱能力取決于填料顆粒的大小、形狀和表面特性，填料的種類以及填料的導(dǎo)熱性隨溫度、濕度和壓力的變化等因素。提高導(dǎo)熱硅酮膠的導(dǎo)熱性能主要通過以下幾個(gè)途徑。
一、導(dǎo)熱填料超細(xì)微化
導(dǎo)熱填料粒徑數(shù)量級(jí)的減小有利于導(dǎo)熱硅酮膠導(dǎo)熱性能和物理機(jī)械性能的提高，采用納米級(jí)氧化鋁填料填充的導(dǎo)熱硅酮膠的綜合性能明顯超過采用微米級(jí)氧化鋁填料填充的導(dǎo)熱硅酮膠。因此，對(duì)導(dǎo)熱填料進(jìn)行超細(xì)微化有利于導(dǎo)熱硅酮膠導(dǎo)熱性能的提高。
有學(xué)者通過研究發(fā)現(xiàn)：將無機(jī)填料的粒徑尺寸進(jìn)行超細(xì)微化，填料粒子內(nèi)原子間距和結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生巨大變化;當(dāng)粒徑尺寸達(dá)到納米級(jí)后，填料的某些性質(zhì)甚至?xí)l(fā)生質(zhì)變。尤其是對(duì)于某些共價(jià)鍵型的材料而言，當(dāng)其粒徑尺寸被超細(xì)微化后，就會(huì)變?yōu)榻饘冁I型材料，其導(dǎo)熱性能也就隨之急劇升高。例如，日本協(xié)和化學(xué)工業(yè)公司通過對(duì)氧化鎂材料進(jìn)行超細(xì)微化處理，開發(fā)出了高純度細(xì)微氧化鎂，這種氧化鎂材料的導(dǎo)熱系數(shù)超過了50W/m·K，相當(dāng)于氧化鋁的3倍，氧化硅4倍。一些資料表明：常規(guī)氮化鋁的導(dǎo)熱系數(shù)比較低，僅能達(dá)到36W/m·K，而進(jìn)行了超細(xì)微化的納米級(jí)氮化鋁的導(dǎo)熱系數(shù)卻猛增數(shù)倍，達(dá)到了驚人的320W/m·K。
二、導(dǎo)熱填料高取向化
導(dǎo)熱填料粒子間形成的導(dǎo)熱網(wǎng)鏈的取向?qū)Σ牧系膶?dǎo)熱性能有很大影響，提高導(dǎo)熱硅酮膠導(dǎo)熱性能的關(guān)鍵就是在其體系內(nèi)部最大程度的形成取向與熱流方向一致的導(dǎo)熱網(wǎng)鏈。因此，導(dǎo)熱填料的高取向化也是提高導(dǎo)熱硅酮膠導(dǎo)熱性能的關(guān)鍵途徑。普通氮化硅的導(dǎo)熱性能一般比較低，原因就在于其燒結(jié)結(jié)構(gòu)是無規(guī)取向的。若是在氮化硅原料粉體中加入直徑為1微米，長(zhǎng)度為3～4微米的晶種粒子，使這些晶種粒子取向發(fā)生排列，便可形成具有高取向結(jié)構(gòu)的纖維狀的高導(dǎo)熱性氮化硅。這種氮化硅的導(dǎo)熱系數(shù)因纖維狀結(jié)構(gòu)的形成而呈現(xiàn)出各向異性，通過實(shí)驗(yàn)測(cè)得其在結(jié)構(gòu)取向上導(dǎo)熱系數(shù)是普通氮化硅的3倍，達(dá)到了驚人的120W/m·K。
三、導(dǎo)熱填料表面改性
導(dǎo)熱硅酮膠的導(dǎo)熱性能與導(dǎo)熱填料粒子表面的易濕潤(rùn)程度密切相關(guān)，這是因?yàn)闊o論是填料與基體的粘接程度，還是基體與填料界面的熱障，或是填料本身的的分散性和填充量都會(huì)因填料表面的潤(rùn)濕程度而受到影響，這種影響會(huì)直接關(guān)系到導(dǎo)熱硅酮膠的導(dǎo)熱性能的高低。對(duì)導(dǎo)熱填料進(jìn)行表面處理后，其填充量、導(dǎo)熱性和相容性(與硅酮膠)明顯提高，尤其是對(duì)于納米級(jí)填料而言，因?yàn)榧{米級(jí)填料要想以納米尺寸均勻分散于硅酮膠中，進(jìn)行表面改性是必不可少的過程。有研究表明，若是能通過特殊工藝使導(dǎo)熱填料在硅酮膠中形成“隔離分布態(tài)”，那么，即使填充很小量的導(dǎo)熱填料，導(dǎo)熱硅酮膠也會(huì)獲得較好的導(dǎo)熱性能。例如，有實(shí)驗(yàn)就發(fā)現(xiàn)，如果先用γ-氨丙基三乙氧基硅烷、六甲基二硅氮烷、二甲基二甲氧基硅烷等物質(zhì)對(duì)氧化鋁進(jìn)行表面處理，然后填充到硅酮膠中，所得導(dǎo)熱硅酮膠的導(dǎo)熱性能會(huì)有所提高，而粘度則會(huì)降低。這就說明對(duì)導(dǎo)熱填料進(jìn)行表面處理可以提高硅酮膠的導(dǎo)熱性能和加工性能。
四、導(dǎo)熱填料混合填充
許多學(xué)者通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：將不同種類、粒徑、形狀的導(dǎo)熱填料按照適當(dāng)?shù)谋壤旌鲜褂?，是提高?dǎo)熱硅酮膠導(dǎo)熱性能的有效途徑。有學(xué)者采用粒徑分別為0.5微米、3微米和20微米的氧化鋁混合填充硅酮膠，當(dāng)三種不同粒徑氧化鋁的配比為10：30：15時(shí)，硅酮膠的導(dǎo)熱性能明顯優(yōu)于單一粒徑氧化鋁填充的硅酮膠。還有學(xué)者把兩種體積分?jǐn)?shù)和粒徑各不相同球形氧化鋁與另一種非球形氧化鋁混合后作為導(dǎo)熱填料填充到硅酮膠中，這樣既增加了填料堆積的密度，又使基體的流動(dòng)性得以保持，從而使制得的導(dǎo)熱硅酮膠的導(dǎo)熱性能大幅提高，而硬度卻控制在了較低的范圍。
五、優(yōu)化加工工藝
當(dāng)導(dǎo)熱填料確定之后，加工工藝就成了決定導(dǎo)熱硅酮膠導(dǎo)熱性能的重要因素。例如，采用溶液混和制得的硅酮膠的導(dǎo)熱性能明顯比采用直接混煉制得的硅酮膠的導(dǎo)熱性能優(yōu)異，原因就在于不同的加工工藝導(dǎo)致了粒子與基體的復(fù)合方式不同。另外，加工過程中填料和各種助劑的加料順序也會(huì)在很大程度上影響導(dǎo)熱硅酮膠的導(dǎo)熱性能。有專利曾專門研究過加料順序?qū)?dǎo)熱硅酮膠導(dǎo)熱性能的影響，研究結(jié)果表明：如果將硅酮膠先與小粒徑的氧化鋁混合，再與大粒徑的氧化鋁共混，制得的導(dǎo)熱硅酮膠的導(dǎo)熱性能較好;而把硅酮膠與全部氧化鋁同時(shí)混合制得的導(dǎo)熱硅酮膠的導(dǎo)熱性能則較差。更多濾芯膠請(qǐng)?jiān)L問www.jbmtpc.com
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