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導(dǎo)熱填料主力大軍——氧化鋁

日期：2021-03-18 瀏覽次數(shù)：次

導(dǎo)熱填料即是添加在基體材料中用來(lái)增加材料導(dǎo)熱系數(shù)的填料。較為常用的導(dǎo)熱填料有氧化鋁、氧化鎂、氧化鋅、氮化鋁、氮化硼、碳化硅等，其中，運(yùn)用最廣的為微米級(jí)氧化鋁及硅微粉。

在實(shí)際運(yùn)用中，納米氧化鋁、氮化物多做為高導(dǎo)熱領(lǐng)域的填充粉體;而氧化鋅大多做為導(dǎo)熱膏(導(dǎo)熱硅脂)填料用；纖維狀高導(dǎo)熱碳粉、鱗片狀高導(dǎo)熱碳粉等則多用在航空航天、LED、精密電子儀器等特殊領(lǐng)域。

今天就重點(diǎn)來(lái)講講，導(dǎo)熱填料的主力大軍——氧化鋁。

導(dǎo)熱填料氧化鋁

氧化鋁具有導(dǎo)熱、絕緣等優(yōu)點(diǎn)，可作為導(dǎo)熱填料用于制備導(dǎo)熱絕緣膠、灌封膠等高分子材料。與其他填料相比，雖然氧化鋁的導(dǎo)熱率不高，但也基本能滿足“導(dǎo)熱界面材料、導(dǎo)熱工程塑料以及鋁基覆銅板等領(lǐng)域填充劑”的應(yīng)用。且氧化鋁價(jià)格較低，來(lái)源較廣，是高導(dǎo)熱絕緣聚合物的經(jīng)濟(jì)適用型填料。

導(dǎo)熱氧化鋁是高溫條件下生成的白色粉末結(jié)晶，其結(jié)晶粉末眾多，用于導(dǎo)熱的氧化鋁有球形氧化鋁、類球形氧化鋁、復(fù)合型氧化鋁等。導(dǎo)熱氧化鋁必須具有粒徑分布窄，粒徑尺寸穩(wěn)定性好，導(dǎo)熱系數(shù)K值高，偶聯(lián)改性后填充份數(shù)高等特性。一般來(lái)說(shuō)，如果能夠?qū)?dǎo)熱氧化鋁的平均粒徑控制在合理的范圍內(nèi)，根據(jù)不同的填充量，導(dǎo)熱系數(shù)可以達(dá)到3-10W/（m*K）之間。

（球形氧化鋁）

導(dǎo)熱氧化鋁可廣泛應(yīng)用于硅膠，灌封膠，環(huán)氧樹脂，塑料、橡膠導(dǎo)熱、導(dǎo)熱塑料、硅脂、散熱陶瓷等不同材料中。在實(shí)際應(yīng)用中，Al2O3粉體填料可以單獨(dú)使用也可以與其他填料例如AIN、BN等混合使用。

（氧化鋁導(dǎo)熱填料的各種運(yùn)用領(lǐng)域）

氧化鋁表面改性

由于氧化鋁表面極性較強(qiáng)，在聚合物中難以均勻分散；加之其本身熱導(dǎo)率不高，需要高填充量才能獲得較好的導(dǎo)熱性能，這便會(huì)導(dǎo)致復(fù)合材料黏度增大而難以滿足施工流動(dòng)性要求，同時(shí)也大幅降低了其力學(xué)性能，使其應(yīng)用范圍受到限制。氧化鋁粒子和有機(jī)樹脂基體界面間相容性很差，氧化鋁粒子極易團(tuán)聚，很難均勻地分散到高分子基體中。且氧化鋁粒子與有機(jī)樹脂的表面張力差異不同，使得高分子基體很難潤(rùn)濕粒子表面，從而導(dǎo)致二者界面處存在空隙，增加了復(fù)合材料的界面熱阻。

如何降低氧化鋁顆粒之間的團(tuán)聚，改善氧化鋁粉體與高分子基體的界面相容性，提高它們?cè)诟叻肿踊w中的分散性，從而獲得性能優(yōu)異的復(fù)合材料，就成為氧化鋁在填充材料領(lǐng)域中應(yīng)用的關(guān)鍵性問(wèn)題。

利用有機(jī)表面改性劑分子中的官能團(tuán)在顆粒表面吸附或化學(xué)反應(yīng)對(duì)顆粒表面進(jìn)行改性，有目的地改變粉體表面的物理化學(xué)性質(zhì)，如表面能、表面極性等，便是解決氧化鋁粉體分散性差這一難題的殺手锏。

目前，普通氧化鋁的表面改性劑以傳統(tǒng)的硅烷偶聯(lián)劑為主。但短鏈硅烷偶聯(lián)劑作表面改性劑時(shí)，對(duì)熱導(dǎo)率的提高效果有限。因此，為了克服短鏈硅烷偶聯(lián)劑作表面改性劑時(shí)存在的缺陷，可采用十六烷基三甲氧基硅烷對(duì)氧化鋁進(jìn)行表面改性。

（改性前后的對(duì)比圖）

經(jīng)該硅烷偶聯(lián)劑改性后，氧化鋁粉體分散均勻，顆粒無(wú)明顯團(tuán)聚現(xiàn)象存在，粉體棱角減少；而未改性氧化鋁顆粒團(tuán)聚較多，粉體形貌也較粗糙。據(jù)分析，改性氧化鋁分散性提高可能是因?yàn)檠趸X表面包覆一層硅烷偶聯(lián)劑后，表面極性降低；改性氧化鋁表面形貌的改變可能是因?yàn)楦男詴r(shí)機(jī)械力的作用，導(dǎo)致氧化鋁表面棱角減少，變得圓滑，降低氧化鋁表面極性、提高其與硅橡膠相容性的目的。

中鋁鄭州研究院亦采用特定偶聯(lián)劑改性方法開發(fā)出適用于灌封膠用的導(dǎo)熱填料氧化鋁。該偶聯(lián)劑可以明顯的降低填料氧化鋁的吸油值，相對(duì)于未表面處理的填料氧化鋁，經(jīng)偶聯(lián)劑表面處理后填料氧化鋁的吸油值可以降低10%-30%。表面處理后的填料氧化鋁粉體分散性較好，顆粒無(wú)明顯團(tuán)聚現(xiàn)象存在，粉體棱角減少，可以改善復(fù)合材料的性能，使體系的界面相互作用增強(qiáng)，提高復(fù)合材料的力學(xué)性能。

參考文獻(xiàn)：導(dǎo)熱填料氧化鋁的表面處理研究，中國(guó)鋁業(yè)鄭州有色金屬研究院有限公司，賈春燕，李東紅，楊雙鳳。

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