复合型导热塑料

在高结晶度的基体树脂中，加入高热导率的添加材料，是提高塑料热导率的最有效方法。聚合物添加高导热填料的添加量很大，会影响复合材料的力学性能。解决办法一为使导热填料细化，甚至纳米尺寸化，不仅力学性能影响小，导热性能也提高；例如JPN协和化学工业公司开发出的高纯度微细mgo，热导率由普通的36w/(m．k)提高到50w/(m . k)。二为尽可能加入纤维状填料。

可用于塑料添加的导热材料如下。

(1)金属粉末和片 常用的填充材料为铝、铜、锡、银及铁等金属粉末和片，导热性很好。缺点为导热同时导电，添加量太大而影响复合材私的性能。其中以铝和铜类应用最多，具体实例如下。

①hdpe/铁粉 在hdpe树脂中，当加入25%体积分数的铁粉时，复合材料的热导率可达到1. 4w/(m．k)。

②ep/铜粉 在环氧树脂中加入40%体积分数的铜粉（粒径50um）时，复合材料的热导率可达到0.9w/(m．k)。

③pp/铝片 在pp和酚醛树脂中填充18%～22%体积分数的铝薄片（40/1的长径比）时，热导率接近纯铝的80%。

④pp/铝粉 在pp中加入30%粒径为50um的铝粉，复合材料的热导率为3. 58w/(m．k)，是纯pp的14倍；但综合力学性能下降，如拉伸强度为24mpa、冲击强度为7.3kj/m2。

⑤环氧树脂／铝粉 按环氧树脂／固化剂／铝粉以100/8/34的比例混合，浇铸成型为制品，热导率为4. 60w/(m．k)，尺寸稳定性好，拉伸强度81mpa，压缩强度215mpa。

(2)金属纤维 主要为铜、不锈钢、铁等纤维，导热效果好于金属粉末才，添加量也少于金属粉末，对复合材料的性能影响小。缺点为导热同时导电，添加量仍然偏大。如pp/铜纤维／石墨，pp中加入铜纤维和石墨，复合材料的热导率可达8.65w/(m-k)。

(3)镀金属纤维 主要有碳纤维镀镍、碳纤维镀铜等，优点是添加质量比例大大降低，对复合材料的性能影响。缺点为导热同时导电。

(4)金属氧化物 金属氧化物包括氧化锌、氧化铜、氧化镁、氧化铍及氧化铝等，优点为导热同时不导电。

①ldpe/a12o3 以65um和8um两种a12o3混合加入，当a12o3的体积分数达到70%时，采用熔体浇铸法成型加工，复合材料的热导率为4.6w/(m．k)。

②硅橡胶/a12o3 当a12o3的用量为硅橡胶的3倍时，复合材料的热导率为2. 72w/(m．k)。

(5)金属氮化物 主要品种有氮化铝、氮化硅及氮化硼(bn等，为新兴的导热材料，优点为导热同时不导电，缺点为价格高。

①环氧树脂/a1n 环氧树脂用线型酚醛环氧树脂，当ain的体积分数为70%时，复合材料的热导率为14w/(m．k)，介电常数很低，线膨胀系数很小，可用于电子封装材料。

②酚醛树脂/ain 当ain的体积分数达到78. 5%时，复合材料的热导率为32.5w/(m . k)，可用于电子封装材料。

③pe/ain 当ain的体积分数达到30. 2%时，复合材料的热导率为2. 44w/(m．k)。

④uhmwpe/ain 在uhmwpe树脂中加入30. 2%ain纤维，复合材料的热导率可达到2. 44w/(m . k)。

⑤ep/陶瓷 在环氧树脂中，加入30：《体积分数的陶瓷(ba-tio3、si、sic、stio2、tio2、zno)， 另加入0.3%掺杂金属(ai、cr、li、ti)等，复合材料的热导率为2.06w/(m，k)。

⑥bn/pb（聚苯并思嗪） 当bn的含量为88%时，复合材料导率为32.5w/(m．k)。而且bn的绝缘性高，是理想的导热电子封装材料，美国先进陶瓷公司和epic公司已开发出热导率20～35w/(m . k)的封装材料，可进行模压成型，已用于电子封装、集成电路板电子控制元件等。

⑦ain/pvdf 7um的a1n粒子和晶须以25/1的比例混合，总加入量达到60%体积分数时，热导率为11. 5w/(m．k)。

⑧a1n/pf 当ain的添加达到78.5%体积分数时，热导率为32. 5w/(m .k)。

(6)金属碳化物 主要有碳化硅等为新兴的导热材料，优点为导热同时不导电，缺点为价格高。

(7)半导体材料 主要有硅、硼等。

(8)炭类填料 具体品种为炭黑、碳纤维、石墨、碳纳米管，导热同时导电。

加入碳纤维，复合材料的热导率可达到10w/(m . k)。用钛酸酯偶联剂ndz101对石墨进行表面处理，可得导热、导电、力学性能均好的ldpe/石墨复合材料。

①hdpe/石墨 当石墨的体积分数达到20%时，热导率为1.53w/(m．k)。当石墨的质量分数达到40%时，热导率为11. 6～23.0w/(m . k)，拉伸强度为40~60mpa。当石墨的质量分数60达到50%时，热导率为47. 4w/(m．k)。

②环氧树脂／天然磷片石墨 当天然磷片石墨的质量分数达到60%时，复合材料的热导率为10w/(m . k)，比纯ep提高50倍左右。

③cf/ep 当cf的含量达到56%时，热导率为695w/(m . k)，相对密度为1. 48。

④ldpe/石墨 在ldpe树脂中，加入25%体积分数的石墨，进行粉末混合，热导率可达2w/(m . k)。

⑤pp/石墨 用pp粉（牌号为1 300或1 330），熔体流动指数不大于lg/l0min，加入75um的鳞片石墨30 %，复合材料的热导率可达到2.4w/(m . k)。

⑥cpvc/石墨 在cpvc[热导率为0.166w／(m.k)树脂中，随石墨加入量的增加，其热导率发生变化。当加入50%石墨时，热导率可达3.2w/(m . k)，提高20倍之多。

(9)其他无机物 主要包括硫酸钡、硫化铅及云母等。如pp/云母，云母的热导率虽然不高，但在塑料中形成霓互连网络的能力远远高于铜粉，因此在相同填量下pp/铜粉的热导率为1.25w/(m．k)，而pp/云母的热导率为2.5w/(m . k)。

(10)有机填充导热材料 常用的导热聚合物有聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯及聚噻吩等导电性能优异的聚合物。其优点为综合性能好，相对密度低；缺点为价格高。