散熱塑料在LED筒燈/球泡的應用

一：概述

傳統導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(zhù)科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)的發(fā)展，許多產(chǎn)品對導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、電絕緣性?xún)?yōu)異、耐沖擊、加工成型簡(jiǎn)便等。導熱絕緣聚合物復合材料因其優(yōu)異的綜合性能越來(lái)越多得到廣泛應用。

但是由于高分子材料多為熱的不良導體，限制了它在導熱方面的應用，因而開(kāi)發(fā)具有良好導熱性能的新型高分子材料，成為現在導熱材料的重要發(fā)展方向。特別是近年來(lái)，隨著(zhù)大功率電子、電氣產(chǎn)品的快速發(fā)展，必然會(huì )出現越來(lái)越多的由于產(chǎn)品發(fā)熱，導致產(chǎn)品功效降低，使用壽命縮短等問(wèn)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 。

導熱填料主要分為兩種：一種是導熱絕緣填料，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電絕緣性能有較高要求的場(chǎng)合，后者則主要用于化工設備的換熱器等對電絕緣性能要求較低的場(chǎng)合。填料的類(lèi)型、粒徑大小及分布、填充量和填料與基體間的界面性能對復合材料的熱導率都有影響。

導熱塑料使用的基體聚合物主要有：PA(尼龍)，FEP（全氟聚丙烯），PPS,PP,PI 環(huán)氧樹(shù)脂,POM,PS 及PS與PE復合材料等。

聚合物基導熱復合材料的國內外研究現狀：聚合物基導熱復合材料是通過(guò)添加導熱填料來(lái)提高高分子材料的導熱性能。一般是以高分子聚合物(如聚烯烴、環(huán)氧樹(shù)脂、聚酰亞胺、聚四氟乙烯等)為基體，較好導熱性能的金屬氧化物如A1203、MgO，導熱及絕緣性能良好的金屬氮化物AIN、BN，以及高熱導率的金屬材料如Cu、AI等為導熱填料，進(jìn)行二相或多相體系的復合。目前歐洲和日本及美國都有公司報道有成熟產(chǎn)品在推廣使用。例如：荷蘭皇家帝斯曼集團工程塑料推出了21世紀以來(lái)的第一種新型聚合物：Stanyl®TC系列導熱塑料可用于LED; 成為向LED照明應用的塑料散熱管理解決方案的全球領(lǐng)先供應商。美國先進(jìn)陶瓷公司和EPIC公司開(kāi)發(fā)出熱導率達20.35W／(m•K)的BN／聚丁烯(PB)復合工程塑料，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、計算機殼體等。

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

二：導熱機理

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