导热高分子的导热机理学校名称：华南农业大学院系名称材料与能源学院时 间：2017年 2 月27 日1.导热机理热传导过程采取扩散形式，但各种材料的导热机理是不同的固体内部的导 热载体分别为电子、声子(点阵波)、光子(电磁辐射)3 种1对聚合物而言，通常 为饱和体系，无自由电子，导热载体为声子，热传导主要依靠晶格振动聚合物 相对分子质量很大，具有多分散性，分子链则以无规则缠结方式存在，难以完全 结晶，再加上分子链的振动对声子有散射作用2，使聚合物材料的热导率很小表1 一些高分子材料的热导率Tab. ] Thermal conductivity of some polymers材料聚乙烯聚加/J晞聚笊八烯聚甲基丙烯酸甲酯舅酰胺热｛率/W 5 (m K)- 10. 33 0.13-0.17 0.驱0. 17 - 0. 25 0. 25为了提高聚合物的热传导性能，可以制备具有结晶和高取向结构的聚合物材 料，即合成结构型导热高分子材料;也可以向聚合物基体中添加导热填料来制备 导热复合材料，即合成填充型导热高分子材料 3制备结构型导热高分子材料加 工工艺复杂，成本较高，且仅适用于少数聚合物，通常比较困难;采用填充导热 填料来制备导热高分子材料，制备工艺简单，投资成本低，是目前制备导热高分 子材料的主要方法。
制备结构型导热高分子材料，需要借助外力使高分子物理 结构发生改变，制备工艺复杂，难度较大，因此在实际应用中受到使用限制1.1导热网链机理填料的热导率及其在聚合物基体中的分布形式决定了整个复合材料的热导率当填料的填加量较少时，填料在基体中以似孤岛形式分布，为分散相，被聚1张志龙，吴昊，景录如•高导热绝缘复合材料的研究J].舰船电子工程，2005, 25 (6 ): 36-40. 2周文英，齐暑华，李国新，等•导热胶粘剂研究J]•材料导报，2005,19(5):26-33.3石路晶，贾长明.导热高分子材料在电子封装领域应用研究J],.包装工程，第35卷第17期2014年09月,合物包覆，形成类似于聚合物共混体系中的“海一岛”结构当填料的填充量达 到某一临界值时，填料之间会相互接触，形成导热网链4随着填充量的增加， 导热网链相互贯穿，复合材料导热性能显著提高 这就如同一个简单的电路， 基体和填料分别看作 2 个热阻当填充量较小时，不能形成导热网链，从热流方 向来看，基体和填料相当于是串联的热阻，阻值越大，导热性越差;当填充量较 大时，填料之间相接触，形成导热网链，导热网链热阻小，此时基体和填料在热 流方向上相当于并联，导热网链在热量传递过程中起主导作用，如图 1 所示。
Agari 模型即是以导热网链机理为基础的负流 热沈5）垂直传导（串联）（b）T行传导（并联）圏1 热流垂直和平行传导示意图1.2 热弹性组合增强机理研究结果显示复合体系热导率随填料含量的增加始终呈逐步上升趋势，未表 现出电导率那样的急剧变化;在相同填充量时，复合材料的热导率随粒径的减小 而减小，与电导率随粒径变化规律相反这种差异主要是二者具有不同传导机理， 文中通过热弹性复合增强机制解释了这一变化规律根据固体物理学理论，声子 是人为量化的固体点阵振动格波，与电子这一实体物质粒子的运动和传递存在实 质性的差异导电过程是自由电子的定向运动和传导过程，因此形成传导路径非4孔娇月，陈立新，蔡聿锋.导热高分子复合材料研究进展[J].中国塑料，第25卷第3 期,2011年3 月常重要通过分析各种无机物的热物性变化规律发现 5， 材料热导率的变化与经 典振动和弹性力学中的弹性模量非常类似，因此可将材料的热导率看作是声子 （即热振动）传递过程的弹性模量类似地，导热填料填充的聚合物基复合材料热 导率的增大可以看成高热导率的填料对低导热率的基体的复合（组合增强作用）， 如图2 所示，复合材料的热导率用式（1）表述。
\AWVW\rWMAAW- iWWM/VA於MA\WrtT 沁 ^\mawaU\am\mav1—空隙，杂质等结构缺陷2—填料3—基体树脂 图2 导热填料填充复合材料的热振动增强示意图 x=f（4 你 a 1） （1）式中X——复合材料的热导率,w/ （m ° K） 入——各组分的热导率,W/ （m a K ） 匕——各组分的体积分数，％ 6——填料的分布函数1——填料与基体的界面参数5 马庆芳，方荣生 . 实用热物理性质手册 [M] . 北京 : 中国农业机械出版， 1986:144-383.LED 产业的快速发展使得市场对具有高导热性以及绝缘性能的复合材料需求 也越来越大聚合物基导热绝缘复合材料可应用于LED散热片、LED热传导 材料、支架以及LED灯座等方面该类材料的应用可满足LED灯高导热性和 绝缘性的要求，有效地降低 LED 灯的使用温度，提高其使用寿命此外，该 类材料具有较好的设计自由度和成型性能，所制造的 LED 灯具具有质轻、美 观等特点参考文献［1］张志龙，吴昊，景录如•高导热绝缘复合材料的研究［J］.舰船电子工程，005, 25 (6 ):36-40.［2］ 周文英，齐暑华，李国新，等.导热胶粘剂研究［J］.材料导报，2005,19(5):26-33.［3］ 石路晶，贾长明.导热高分子材料在电子封装领域应用研究，［J］包装工程，［J］.第35卷第17期 2014年09月［4］ 孔娇月，陈立新，蔡聿锋 导热高分子复合材料研究进展［J］.中国塑料，第25卷第3 期,2011 年3月［5］ 马庆芳，方荣生•实用热物理性质手册［M］ •北京:中国农业机械出版，1986:144-383.。