散熱塑料在LED筒燈/球泡的應(yīng)用

一：概述

傳統(tǒng)導(dǎo)熱材料多為金屬和金屬氧化物，以及其他非金屬材料，如石墨、炭黑、A1N、SiC等。隨著科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)的發(fā)展，許多產(chǎn)品對(duì)導(dǎo)熱材料提出了更高要求，希望其具有更加優(yōu)良的綜合性能，質(zhì)輕、耐化學(xué)腐蝕性強(qiáng)、電絕緣性優(yōu)異、耐沖擊、加工成型簡(jiǎn)便等。導(dǎo)熱絕緣聚合物復(fù)合材料因其優(yōu)異的綜合性能越來越多得到廣泛應(yīng)用。

但是由于高分子材料多為熱的不良導(dǎo)體，限制了它在導(dǎo)熱方面的應(yīng)用，因而開發(fā)具有良好導(dǎo)熱性能的新型高分子材料，成為現(xiàn)在導(dǎo)熱材料的重要發(fā)展方向。特別是近年來，隨著大功率電子、電氣產(chǎn)品的快速發(fā)展，必然會(huì)出現(xiàn)越來越多的由于產(chǎn)品發(fā)熱，導(dǎo)致產(chǎn)品功效降低，使用壽命縮短等問題。有資料表明，電子元器件溫度每升高2℃，其可靠性下降10％；50℃時(shí)的壽命只有25 ℃時(shí)的1／6 。

導(dǎo)熱填料主要分為兩種：一種是導(dǎo)熱絕緣填料，如金屬氧化物填料、金屬氮化物填料等。另一種是導(dǎo)熱非絕緣填料，如炭基填料和各種金屬填料等。前者主要用于電子元器件封裝材料等對(duì)電絕緣性能有較高要求的場(chǎng)合，后者則主要用于化工設(shè)備的換熱器等對(duì)電絕緣性能要求較低的場(chǎng)合。填料的類型、粒徑大小及分布、填充量和填料與基體間的界面性能對(duì)復(fù)合材料的熱導(dǎo)率都有影響。

導(dǎo)熱塑料使用的基體聚合物主要有：PA(尼龍)，F(xiàn)EP（全氟聚丙烯），PPS,PP,PI 環(huán)氧樹脂,POM,PS 及PS與PE復(fù)合材料等。

聚合物基導(dǎo)熱復(fù)合材料的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀：聚合物基導(dǎo)熱復(fù)合材料是通過添加導(dǎo)熱填料來提高高分子材料的導(dǎo)熱性能。一般是以高分子聚合物(如聚烯烴、環(huán)氧樹脂、聚酰亞胺、聚四氟乙烯等)為基體，較好導(dǎo)熱性能的金屬氧化物如A1203、MgO，導(dǎo)熱及絕緣性能良好的金屬氮化物AIN、BN，以及高熱導(dǎo)率的金屬材料如Cu、AI等為導(dǎo)熱填料，進(jìn)行二相或多相體系的復(fù)合。目前歐洲和日本及美國(guó)都有公司報(bào)道有成熟產(chǎn)品在推廣使用。例如：荷蘭皇家帝斯曼集團(tuán)工程塑料推出了21世紀(jì)以來的第一種新型聚合物：Stanyl®TC系列導(dǎo)熱塑料可用于LED; 成為向LED照明應(yīng)用的塑料散熱管理解決方案的全球領(lǐng)先供應(yīng)商。美國(guó)先進(jìn)陶瓷公司和EPIC公司開發(fā)出熱導(dǎo)率達(dá)20.35W／(m•K)的BN／聚丁烯(PB)復(fù)合工程塑料，可用普通工藝如模壓成型制備而得，主要可用于電子封裝、集成電路板、電子控制元件、計(jì)算機(jī)殼體等。

國(guó)內(nèi)利用模壓法制備了氮化鋁環(huán)氧樹脂(EP)導(dǎo)熱復(fù)合材料，AIN含量、粒徑、硅烷偶聯(lián)劑及加工工藝對(duì)體系導(dǎo)熱性能的影響。研究表明，隨著A1N含量、粒徑的增加，體系的導(dǎo)熱性能不斷提高；偶聯(lián)劑的加入增強(qiáng)了AIN和環(huán)氧樹脂的界面粘結(jié)性能，減小了界面間的熱阻，從而有利于體系導(dǎo)熱性能的提高。當(dāng)AIN粒徑為5．3微米含量為67v01％時(shí)，AIN／EP導(dǎo)熱復(fù)合材料的熱導(dǎo)率為14W／(m•K)。

二：導(dǎo)熱機(jī)理

導(dǎo)熱高分子材料的導(dǎo)熱性能最終由高分子基體、導(dǎo)熱填料以及它們之間的相互作用來共同決定。高分子基體中基本上沒有熱傳遞所需要的均一致密的有序晶體結(jié)構(gòu)或載荷子，導(dǎo)熱性能相對(duì)較差。作為導(dǎo)熱填料來講，其無論以粒狀、片狀、還是纖維狀存在，導(dǎo)熱性能都比高分子基體本身要高。當(dāng)導(dǎo)熱填料的填充量很小時(shí)，導(dǎo)熱填料之間不能形成真正的接觸和相互作用，這對(duì)高分子材料導(dǎo)熱性能的提高幾乎沒有意義；只有當(dāng)高分子基體中，導(dǎo)熱填料的填充量達(dá)到某一臨界值時(shí)，導(dǎo)熱填料之間才有真正意義上的相互作用，體系中才能形成類似網(wǎng)狀或鏈狀的形態(tài)一即導(dǎo)熱網(wǎng)鏈。當(dāng)導(dǎo)熱網(wǎng)鏈的取向與熱流方向一致時(shí)，導(dǎo)熱性能提高很快；體系中在熱流方向上未形成導(dǎo)熱網(wǎng)鏈時(shí)，會(huì)造成熱流方向上熱阻很大，導(dǎo)熱性能很差。因此，如何在體系內(nèi)最大程度地在熱流方向上形成導(dǎo)熱網(wǎng)鏈成為提高導(dǎo)熱高分子材料導(dǎo)熱性能的關(guān)鍵所在。