橡塑材料导热性能的研究

随着集成技术和组装技术的快速方展,电子元器件、逻辑电路的体积越来越小,迫切需要散热性好的高导热绝缘材料。而高导热性的高分子材料同时具有良好的导热性和优异的绝缘性,因此,研究高导热性能高分子材料有十分重要的意义。 本文采用非稳态法测试原理,设计和制造了测量热导率的简易装置,该装置具有测试快速、方便的特点。并在此基础上,设计了使用该装置测试热导率的流程和方法。通过与其它同类型先进热导率测试仪比较发现,本实验装置测试的结果误差小于10%,基本可以满足本研究的需要。另外,讨论了误差的产生原因和消除的方法。 基于此装置,对采用共混填充法制造的HDPE/LDPE、LDPE/导热填料、硅橡胶/导热填料三类材料的力学性能和导热性能进行了分析研究。 在HDPE/LDPE材料中,熔融峰温随HDPE含量的增大而逐渐增大;力学性能随HDPE含量的增加而有所提高。不同混合比的HDPE/LDPE材料之间的热导率变化不大,热导率均值都是呈现出先增大,到达最大值后减小,而后趋于定值的趋势。 在LDPE/导热填料中,由于无机导热填料的加入,熔融起始温度变大;填料含量的增加对熔融起始温度的影响不大。力学性能随导热填料的增加而降低,热导率随导热填料的增加而增加。 在硅橡胶/导热填料中,导热填料的加入引起拉伸强度和扯断伸长率呈增大趋势,而100%定伸应力和拉伸永久变形呈减小趋势,而使得材料导热性能提高。 本文进一步对高分子内部导热机理进行了探索,重点分析了导热填料种类和含量、温度、结晶度、比热容对橡塑材料导热性能的影响。研究发现,在LDPE和硅橡胶中加入导热填料,均能提高其导热性能,导热性能随导热填料含量的增大而提高,且与导热填料种类有关;LDPE/导热填料和硅橡胶/导热填料两类材料的热导率均值随着温度的升高,开始阶段急剧增大,而后缓慢增大,到最大值后又趋于下降;并对热导率的这种变化趋势做了理论解释;从分子角度讨论了结晶度对导热性能的影响,得出结论,若能提高聚合物材料的结晶度,即可有效提高材料导热性能。