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氧化铝在导热绝缘工业中的应用

作者: 来源: 日期:2017/11/17 16:19:26 人气:627
1 填料的导热机理
高分子材料本身的热传导系数比较小.所以填充型高分子复合材料导热性能主要依赖于填充物的导热系数、填充物在基体中的分布以及与基体的相互作用。填料用量较小时。填料虽均匀分散于树脂中。但彼此间未能形成相互接触和相互作用,导热性提高不大;填料用量提高到某一临界值时,填料间形成接触和相互作用,体系内形成了类似网状或链状结构形态,即形成导热网链。当导热网链的取向与热流方向一致时,材料导热性能提高很快;体系中在热流方向上未形成导热网链时,会造成热流方向上热阻很大。导致材料导热性能很差。制造具有优良综合性能的导热材料一般有两种途径:一种是合成具有高热导率的结构聚合物;另一种是在聚合物中填充高导热性的填料。后者比较常见。一般都是用高导热性的金属或无机填料对高分子材料进行填充。氧化铝通常作为填料应用于绝缘导热高分子复合材料。
2 氧化铝的形态及表面处理
2.1 氧化铝作为导热绝缘材料的特点
具有导热电绝缘性能的填料很少.常见的几种及其热导率分别见表1。实验研究证明,当填料与基体热导率之比大于100时。提高填料导热系数已意义不大。这就意味着应用电绝缘填料如AlzO3,、MgO、BeO、A1N等可制备具有较高导热性能的电绝缘复合材料。与其他填料相比,氧化铝,的导热率不高,但是其价格较低,来源较广,填充量较大,常用作绝缘导热聚合物的填料。氧化铝,通常单独使用或与其他填料昆合使用。
3 氧化铝在导热绝缘材料中的应用
氧化铝常用作绝缘导热聚合物的填料,广泛应用于导热塑料、导热橡胶、导热粘合剂、导热涂料。
3.1 导热塑料
麦堪成等研究表明加人氧化铝使聚丙烯(PP)的导热系数提高,且AlzO3/PP复合材料的导热系数随氧化铝用量增加而提高。加入第3组分Cu、ZnO、A1和石墨,进一步提高氧化铝复合材料的导热系数。用接枝PP作为基体的复合材料导热性能比PP的高,但接枝PP与PP共混物作为基体的复合材料的导热系数反而低于PP的导热数。
3.2 导热橡胶
汪倩等人研究了氧化铝、SiC两类导热填料以及填料的粒径分布对室温硫化硅橡胶和硅酯的导热性能和粘度的影响。结果发现选用不同粒径的SiC和氧化铝,导热填料对体系填充可得到高导热性室温硫化硅橡胶和硅酯,且工艺性能良好。潘大海等以聚二甲基硅氧烷为基础胶,以氮化硅、氮化铝和氧化铝,为导热填料,制备了填充型双组分室温硫化(RTV一2)导热硅橡胶。研究了填料氮化硅/氧化铝或氮化铝/氧化铝并用对RTV一2硅橡胶导热性能、加工性能及力学性能的影响。结果表明,当填料的总体积分数为45%时 对于氮化硅/氧化铝填充体系,随着体系中氧化铝体积分数的增加,RTV一2导热硅橡胶的热导率先升后降,拉伸强度先增后减,而断裂伸长率则呈逐渐升高的趋势,基料的黏度先减后增。Wang等用不同粒径的A120,与SiC并用,在室温下填充硅橡胶,填料总量为55份时,混炼胶具有较低的黏度,硫化后硅橡胶的热导率为1.48 W/(m·K)。另外,加大填料的用量且控制其粒径分布.可制得热导率为2 W/(m-K)的室温硫化硅橡胶。
唐明明021在研究中发现随着微米氧化铝填充份数的增加,SBR的热导率增大,但其加工性能和物理力学性能下降;用硅烷偶联剂KH一570,KH一550,A一151和钛酸酯偶联剂TM—S105处理后的微米A1 0,填充剂对导热橡胶的导热性能的影响不显著;在相同填充量下,采用纳米A1203 填充比用微米Al203,填充的导热橡胶具有更好导热性能和物理力学性能;在合适的比例下,纳米氧化铝与微米氧化铝混合填充的导热橡胶其导热效果优于单纯使用微米粒子填充的橡胶。张立群[131等人系统研究了不锈钢短纤维、片状石墨、短碳纤维、铝粉、Al20,粉等5种导热填料对天然橡胶(NR1为基质的复合材料的静态导热性能、动态温升、物理力学性能的影响。结果表明氧化铝可以明显提高NR的静态导热系数,并且用量越高,导热系数越大。氧化铝填充的NR动态温升仍高于对比胶料,且实验时间越长.温升越高。
3-3 导热绝缘涂料
周文英l以环氧改性有机硅树脂为基体,氮化硅、氧化铝混合填料为导热粒子制备了导热绝缘涂料。在4O%总填料用量及氧化铝占总用量的2O%时,涂层获得最大热导率1.25 W/(m·K),此用量下拉仲性能及断裂延伸率下降,室温附着力达572.2 N/cm .涂层介电常数5.7.体积和表面电阻率分别为3x10 Q·cm和4.3x10 Q,涂层可长期在200℃下使用,显示出良好的电绝缘性。与不使用导热填料的环氧改性有机硅树脂涂层相比具有较高的传热能力。
3.4 绝缘导热胶粘剂
张晓辉等分别用SiC、A1N、A1 0 填充环氧胶粘剂.发现填料份数存在一临界点,将临界点归因于材料内部有效导热网络的建立。由于SiC价格低,热导率高,填充份数为53.9%时,热导率为4.234 W/(m·K),力学性能较好。王铁如等将Al203、BN加入到环氧树脂中制成导热绝缘胶。章文捷等研究了A1 0,、A1N混合填充的有机硅灌封料,制得了热导率达O.89 W/(m·K)的灌封料。周文等以增韧的酚醛环氧树脂为基体树脂.以1:4:3质量比组成的A1N、B4C、A120 混杂粒子为导热填料,制备了一新型绝缘导热胶粘剂。发现填料
用量为40%时胶粘剂的热导率为0.99 W/(m·K).热阻为O.7O℃/W,介电常数6,体积电阻率4.6×
1O Q·cm,击穿电压达12 kV/mm,20 ℃,200℃.250 ℃下的剪切强度分别为13.0 MPa.10.0 MPa.
5.65 MPa。研究结果表明该胶具备良好的电绝缘及力学性能,可以长期在150 oc下使用,与不加导热填料的相同胶粘剂相比,具有良好的导热能力。谭茂林用氧化铝,填充有机硅改性环氧树脂测得100 ℃时的导热系数为O.64 W/(m.K)
4 结语
氧化铝常用作绝缘导热聚合物的填料,广泛应用于导热塑料、导热橡胶、导热粘合剂、导热涂料.但纳米氧化铝的应用报道不多。唐明明发现在相同填充量下,采用纳米氧化铝,填充比用微米氧化铝,填充的导热橡胶具有更好导热性能和物理力学性能。随着纳米复合技术的发展,可以预见纳米氧化铝,的研究、纳米氧化铝与聚合物基体复合新技术的开发和应用等将成为今后的研究方向。
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