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汀润寒芷

铁杆木虫 (著名写手)

[求助] 导热复合材料已有2人参与

最近查阅资料突然有个疑惑,是关于复合材料导热性能方面的,尤其是高分子复合材料。
大家都知道,一般高分子材料是热的不良导体,但是有些使用环境要求高分子材料必须得具有一定的散热能力,于是大家通常是采用向高分子材料中添加导热添加剂来实现。导热添加剂通常就是微晶石墨、碳纳米管、三氧化二铝之类自身热阻小的物质。
那么,我有如下疑问:1.限制添加导热添加剂后得到的高分子复合材料导热系数通常增加并不是特别显著,是否是因为高分子与导热添加剂的界面之间的热阻导致的?
2.提高高分子与导热添加剂之间的界面强度是否有利于降低界面间的热阻?
3.两种物质之间热阻相差越大越好,还是相对接近一些好?
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462812553

木虫 (正式写手)

【答案】应助回帖

★ ★ ★ ★ ★
汀润寒芷: 金币+5, ★★★★★最佳答案, 谢谢! 2016-12-21 10:43:22
1. 添加固定的导热填料之后,聚合物的导热系数并不会提高很多,这主要是由于填料在高分子中均匀分散,填料表面被聚合物分子链所包覆,导致填料与聚合物之间的热阻较大,从而影响导热系数的提升。
2. 提高填料与聚合物界面之间的结合力(例如,in-situ polymerization,利用表面改性剂对填料进行改性等)在一定程度上是可以提高导热系数的,但是提高的程度不会太高。原因主要有a. 改性会破坏填料表面的规整性,导致填料的缺陷增加,降低导热系数。b. 无机填料表面的基团很少,难以对其进行改性。c. 表面改性剂的分子链较长,在填料与聚合物基体热传递的过程中,也会降低热传递的效率。
3. 热在绝缘复合材料中主要是依靠声子进行导热(就是靠晶格不断的震动),在热传递的过程中,由于填料与聚合物之间的振动频率不同,所以会在界面处产生热阻。但不是采用两种导热系数大的材料在一起复合就能得到导热系数较高的复合材料,即使采用同一种材料的粉末在一起成型(例如Ag),其导热系数也比理论值小很多。

制备高导热复合材料需要考虑到很多因素(哪怕是温度和压力),其中包括改善两相想界面之间的关系。

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5楼2016-12-21 08:43:28
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13813921817

木虫之王 (文坛精英)

上善若水,利万物而不争


引用回帖:
3楼: Originally posted by 汀润寒芷 at 2016-12-20 15:43:13
如果说与界面没关系,那么假设基材的热导率是0.1W/mK,导热填料的热导率是2000W/mK,两者按体积比V导热填料:V复合材料=0.028,那么这个复合材料的热导率倾向于多少呢?...

在电镜下观察到AlN与PE结合处存在间隙,这表明AlN不浸润PE。AlN/ PE复合材料在AlN体积分数小于12%时,其热导率基本保持不变;当AlN体积分数在12%~24%时,热导率增长较快;当体积分数大于24%后,热导率增长又变慢;当AlN体积分数达到30.2%时,复合材料的热导率趋于平衡,能达到2.44 W/( m·K)。

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6楼2016-12-21 08:54:00
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FDKAsheep

专家顾问 (著名写手)

建议查一下关于逾渗阈值的概念,这是指体系填充粒子浓度到了一定水平后形成网络的浓度阈值。6楼提到的现象即与此有关

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7楼2016-12-21 09:06:06
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漠然成疯

铜虫 (小有名气)

引用回帖:
16楼: Originally posted by 汀润寒芷 at 2016-12-25 03:43:22
此话怎讲?
...

而越均匀就越类似于串联导热

发自小木虫IOS客户端

» 本帖已获得的红花(最新10朵)

18楼2016-12-27 01:59:22
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13813921817

木虫之王 (文坛精英)

上善若水,利万物而不争


【答案】应助回帖

感谢参与,应助指数 +1
热的良导体差不多和电的良导体一样,有可以自由移动的电子。和界面没有什么关系。
2楼2016-12-20 15:05:14
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yangjun_521

至尊木虫 (职业作家)

【答案】应助回帖

★ ★ ★ ★ ★
感谢参与,应助指数 +1
汀润寒芷: 金币+5, ★★★很有帮助, 谢谢! 2016-12-21 08:42:30
要想导热性好的话,肯定要导热填料在基体中分散要均匀,形成一个连续相,使得热传导更顺利
4楼2016-12-21 08:37:21
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hulu227

金虫 (职业作家)

【答案】应助回帖

引用回帖:
3楼: Originally posted by 汀润寒芷 at 2016-12-20 15:43:13
如果说与界面没关系,那么假设基材的热导率是0.1W/mK,导热填料的热导率是2000W/mK,两者按体积比V导热填料:V复合材料=0.028,那么这个复合材料的热导率倾向于多少呢?...

这个显然是和界面有直接关系的,无论是导电还是散热,都要求功能材料本身的界面要大,这个道理很简单,同样质量比的两种导热材料,如果一个界面是1,而另一个界面是2,那么它们在树脂里的要达到同样的导热效果,界面为1的材料添加20%的话,那么界面2的只要添加12%左右就可以了。
界面越大的材料,越不容易分散,越不易在材料里面形网络结构,界面越大在分散的时候阻力越大,所以要进行表面活化处理,但是表面活化以后会有一层膜包裹在其表面,影响到导热,所以这就要求,该活性剂,既要起到粉体活性,又要和树脂有很好的相融性。在填充粉掺杂到树脂里面之后,形成连续的网络,这样就能充分发挥其导热作用,导电也是同样的道理。
多学无益
27楼2017-06-09 10:10:50
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普通回帖

汀润寒芷

铁杆木虫 (著名写手)

引用回帖:
2楼: Originally posted by 13813921817 at 2016-12-20 15:05:14
热的良导体差不多和电的良导体一样,有可以自由移动的电子。和界面没有什么关系。

如果说与界面没关系,那么假设基材的热导率是0.1W/mK,导热填料的热导率是2000W/mK,两者按体积比V导热填料:V复合材料=0.028,那么这个复合材料的热导率倾向于多少呢?
3楼2016-12-20 15:43:13
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汀润寒芷

铁杆木虫 (著名写手)

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5楼: Originally posted by 462812553 at 2016-12-21 08:43:28
1. 添加固定的导热填料之后,聚合物的导热系数并不会提高很多,这主要是由于填料在高分子中均匀分散,填料表面被聚合物分子链所包覆,导致填料与聚合物之间的热阻较大,从而影响导热系数的提升。
2. 提高填料与聚合 ...

谢谢!!
8楼2016-12-21 09:56:34
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汀润寒芷

铁杆木虫 (著名写手)

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6楼: Originally posted by 13813921817 at 2016-12-21 08:54:00
在电镜下观察到AlN与PE结合处存在间隙,这表明AlN不浸润PE。AlN/ PE复合材料在AlN体积分数小于12%时,其热导率基本保持不变;当AlN体积分数在12%~24%时,热导率增长较快;当体积分数大于24%后,热导率增长又变慢; ...

谢谢!你的回答很有帮助!但是之前评过分了,不能给你评分了,送你朵小红花,表示感谢!
9楼2016-12-21 09:58:33
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汀润寒芷

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7楼: Originally posted by FDKAsheep at 2016-12-21 09:06:06
建议查一下关于逾渗阈值的概念,这是指体系填充粒子浓度到了一定水平后形成网络的浓度阈值。6楼提到的现象即与此有关

谢谢!!
10楼2016-12-21 09:59:04
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