影響硅橡膠導(dǎo)熱性能的因素有哪些？

     隨著科技的發(fā)展，電子器件的熱管理越來越重要，由此衍生導(dǎo)熱高分子復(fù)合材料。在眾多導(dǎo)熱高分子材料中，導(dǎo)熱硅橡膠具有優(yōu)異的耐高低溫、耐候、耐老化、電氣絕緣等優(yōu)點(diǎn)，在晶體管、CPU組裝、熱敏電阻、溫度傳感器、汽車電子零部件等得到廣泛應(yīng)用。性能優(yōu)異的導(dǎo)熱硅橡膠是電子設(shè)備實(shí)現(xiàn)高效散熱，延長(zhǎng)使用壽命的關(guān)鍵。

    導(dǎo)熱硅橡膠一般采用氧化鋁為填料，室溫硫化硅橡膠為基體，經(jīng)過特殊工藝加工制備而成。其導(dǎo)熱性能影響因素來源于氧化鋁填充量、顆粒粒徑、顆粒形貌、表面改性等。以下從氧化鋁填充量、粒徑、形貌三個(gè)方面分析其對(duì)硅橡膠導(dǎo)熱性能的影響。

1.氧化鋁填充量對(duì)導(dǎo)熱硅橡膠導(dǎo)熱性能影響

      硅橡膠本身導(dǎo)熱率很低，僅有0.16W/（m*k），而氧化鋁熱導(dǎo)率為30W/（m*k），遠(yuǎn)大于硅橡膠熱導(dǎo)率，因此加入氧化鋁能有效提高硅橡膠的導(dǎo)熱性能。又因?yàn)樵诘吞畛淞肯?，氧化鋁顆粒被硅橡膠包裹，無法接觸，導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)少，而隨著氧化鋁填充量逐漸增大，顆粒間相互接觸，形成連續(xù)、致密的導(dǎo)熱通路，使硅橡膠的熱導(dǎo)率明顯增大。

2.氧化鋁粒徑對(duì)導(dǎo)熱硅橡膠導(dǎo)熱性能影響

       導(dǎo)熱粉體填充量較低時(shí)，選擇大粒徑氧化鋁對(duì)提升復(fù)合材料導(dǎo)熱性能效果更佳。因?yàn)榱皆酱?，粒子?shù)目越少，減小了兩相界面的產(chǎn)生，抑制了聲子在相界面散射，因此在較低填充量時(shí)，大粒徑氧化鋁能夠有效提高復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)。而隨著粉體填充量增大，采用大粒徑粉體，顆粒間會(huì)形成許多被硅橡膠填充的空隙，硅橡膠的低熱導(dǎo)率會(huì)大大降低體系導(dǎo)熱能力。相反，較小粒徑氧化鋁之間可以相互堆積，不會(huì)形成硅橡膠填充的空隙，因此改善復(fù)合材料導(dǎo)熱性能的貢獻(xiàn)更大，但使用單一粒徑氧化鋁的填充量有限，材料導(dǎo)熱系數(shù)偏低。若在空隙中加入小粒徑顆粒，可使粉體堆疊更加致密，提升導(dǎo)熱硅橡膠導(dǎo)熱能力。

3.氧化鋁形貌對(duì)導(dǎo)熱硅橡膠導(dǎo)熱性能影響

      選用不同形狀（無規(guī)則形狀、針狀、片狀、球形）的氧化鋁對(duì)導(dǎo)熱性能影響也不同。球形氧化鋁可達(dá)較大填充量，但粉體粒子間是點(diǎn)點(diǎn)接觸，接觸面積偏小，導(dǎo)致復(fù)合材料熱量傳遞效率差。無規(guī)則形狀氧化鋁或片狀氧化鋁間接觸面積大，傳遞熱量效果更佳，但增稠幅度較大，導(dǎo)致粉體填充量小，無法實(shí)現(xiàn)更高導(dǎo)熱。因此，可采用無規(guī)則形狀氧化鋁填充至球形氧化鋁點(diǎn)點(diǎn)接觸以外的空隙中，填充效果更優(yōu)，導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)更致密，材料導(dǎo)熱系數(shù)更高。

4.表面改性對(duì)導(dǎo)熱硅橡膠導(dǎo)熱性能影響

      氧化鋁比表面能高，且與基體間界面相容性較差，再加上兩者表面張力存在較大差異，使粉體粒子在聚合物基體中容易團(tuán)聚，無法有效分散，導(dǎo)致氧化鋁表面很難被高分子基體所潤(rùn)濕，填充粒子與基體間界面存在一定的空氣間隙，增大了材料的界面熱阻。采用偶聯(lián)劑等對(duì)氧化鋁進(jìn)行表面改性，可增強(qiáng)顆粒和基體材料潤(rùn)濕性和結(jié)合力，降低體系的界面接觸熱阻，從而提高導(dǎo)熱硅橡膠導(dǎo)熱性能。

       綜上，不同粒徑、不同形貌的氧化鋁粉體進(jìn)行復(fù)配，更容易搭建導(dǎo)熱網(wǎng)鏈，增強(qiáng)材料的導(dǎo)熱性能。再結(jié)合表面改性，降低復(fù)合材料體系黏度，在保證復(fù)合材料性能的同時(shí)，進(jìn)一步提升粉體填充量，從而提高復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)。