导热高分子材料
导热高分子复合材料的研究与应用
Advances in Study of Thermal Conducting Polymers Composites and Their Application
马传国，容敏智，章明秋
(1中山大学，教育部聚合物复合材料和功能材料重点实验室，广州510275
2中山大学，材料科学研究所，广州510275)
M A Chuan—guo 。RONG M in—zhi 。ZHANG M ing—qiu
(1 Key I aboratory for Polymeric Composite& Functional Materials of Ministry of
Education of China，Zhongshan University，Guangzhou 510275，China；
2 M aterials Science Institute of Zhongshan University。Guangzhou 510275。China)
摘要：概述了导热高分子材料的应用开发背景．描述了近几年来导热塑料、胶粘剂和橡胶领域内的研究开发进展。简单阐述了导热高分子材料的导热机理并对如何设计高导热高分子复合材料提出了几点建议。
关键词：导热高分子材料；塑料；橡胶；胶粘剂；导热填料
中围分类号：TB332 文献标识码：A 文章编号：1001—4381 (2002)07—0040—06 Abstract：The background of application and search of thermal conducting polymers was reviewed．The progress in the study of thermal conductive plastics、rubbers and adhesions in recent years were described，thermal conducting mechanism of polymer composites was commented and several pieces of advice were given to obtain effective thermal conductive polymer composites．
Key words：thermal conducting polymer；rubber；plastic；adhesion；thermal conducting fillers 传统的导热物质多为金属如Ag，Cu，Al和金属氧化物如Al：O。，MgO，BeO 以及其它非金属材料如石墨，炭黑，Si。N ，AlN。部分材料的热导率见表1[1]。另据报道导，电有机物质包括聚乙炔、聚亚苯基硫醚、聚噻吩等也具有良好的导热性，且用导电性有机物质作填料可以改善材料的相容性、加工性、导热性能，并可以减小材料的密度，且导电有机物质在不纯的情况下将成为绝缘体L2
表 1 一些金一和金一氧化物的导热系数
Table 1 Thermal conductivity of metals
and metallic oxides
材料x／(W ·ITI—I·K一‘) 材料x／(W ·ITI—I·K一‘)
Ag 4l7 BeO 2l9
Al 190 M gO 36
Ca 380 Alz03 30
M g l03 CaO l5
Fe 63 Ni0 l2
Cu 398 A lN 320
AU 3l5 SiC 270
随着工业生产和科学技术的发展，人们对导热材
料提出了新的要求，希望材料具有优良的综合性能。
如在化工生产和废水处理中使用的热交换器既需要所用材料具有导热能力，又要求其耐化学腐蚀、耐高
温。在电气电子领域由于集成技术和组装技术的迅速
发展，电子元件、逻辑电路的体积成千成万倍地缩小，
则需要高导热性的绝缘材料。近几十年来，高分子材
料的应用领域不断拓展，用人工合成的高分子材料代
替传统工业中使用的各种材料，特别是金属材料，已
成为世界科研努力的方向之一。在导热材料领域，纯
的高分子材料一般是不能胜任的，因为高分子材料大
多是热的不良导体(见表2)。为了制造具有优良综合
表 2 一些高分子材料的导热系数
Table 2 Thermal conductivity of polym eric m aterials
材料PE PVC PS PMMA Nylon
x／(W ·m—t·K一‘) 0．33 0．13～0．17 0．08 0．17～0．25 0．25
性能的导热材料，一般都是用高导热性的金属或无机
填料对高分子材料进行填充。这样得到的导热材料价
格低廉、易加工成型，经过适当的工艺处理或配方调
整可以应用于某些特殊领域。
在塑料工业中，导热塑料最大和最重要的应用是
替代金属和金属合金制造热交换器[3]。它可以代替金
属应用于需要良好导热性和优良耐腐蚀性能的环境，如换热器、太阳能热水器、蓄电池的冷却器等。电子
电器工业也是应用导热塑料较多的一个领域，主要用
来制造要求较高的导热电路板。另外在用作输送、盛
装、封闭、装饰、埋嵌等材料，以及满足某些制品在
固化时的尺寸稳定性的要求方面也有应用。
在橡胶工业中，关于导热橡胶制品的研究开发
重点集中在以硅橡胶和丁腈橡胶为基质的领域内，用
于制造与电子电气元件接触的橡胶制品，既提供了系
统所需要的高弹性、耐热性，又可以将系统的热量迅
速传递出去。如具有良好导热性和电绝缘性能的橡胶
可以用于电子电器元部件的减震器；事实上，许多橡
胶制品都在动态情况下使用，由材料的形变滞后效应
所造成的体系温升经常是很高的，从而使得材料的动
态疲劳性能下降。以往人们总是研究怎样从配方上降
低橡胶材料的动态生热，而没有很好地研究胶料本身
导热性好坏及怎样进一步提高的问题。
在粘合剂工业中，随着电子元器件和电子设备向
薄轻小方面发展，对于用作封装和热界面材料的导热
粘合剂尤其是导热绝缘粘合剂的需求越来越高。散热
在电子工业中是一个至关重要的问题。比如对于电子
元器件，如果热量来不及散除将导致其工作温度升
高，这样不仅会降低其使用寿命而且也将大大降低它
的稳定性。
l 导热高分子材料的研究概况
如上所述，绝大多数高分子材料本身属于绝热性
材料。要想赋予高分子材料优良的导热性，主要是通
过共混(熔体共混和溶液共混等)方法在高分子材料
中填充导热性能好的填料。这样得到的导热材料有价
格低廉、易加工成型等优点。
1．1 导热塑料
对于导热塑料的研究和应用很多，可以对其进行
简单的分类，按照基体材料种类可以分为热塑性导热
树脂和热固性导热树脂；按填充粒子的种类可分为
金属填充型、金属氧化物填充型、金属氮化物填充型
无机非金属填充型、纤维填充型导热塑料；也可以按
照导热塑料的某一种性质来划分，比如根据其电绝缘
性能可以分为绝缘型导热塑料和非绝缘型导热塑料
本文在综述导热塑料的研究与开发时是按照最后一
种方法进行划分的。
1．1．1 非绝缘型导热塑料
由于塑料本身具有绝缘性，因此对于绝大多数导
热塑料的电绝缘性能，最终是由填充粒子的绝缘性能
决定的。用于非绝缘型导热塑料的填料常常是金属
粉、石墨、炭黑、碳纤维等，这类填料的特点是具有很好的导热性，能够容易地使材料得到高的导热性
能，但是同时也使得材料的绝缘性能下降甚至成为导
电材料。因此在材料的工作环境对于电绝缘性要求不
高的情况下，都可以应用上述填料。而且在某些条件
下还必须要求导热塑料具有低的电绝缘性以满足特
定的要求，如有利的抗静电性能、电磁屏蔽等。
将环氧树脂、固化剂、直径40 m 的铝粉以100：
8：324的质量比混合，可以浇铸制得具有4．60W
(m ·K)的导热系数和优良尺寸稳定性的产品[4]，其
拉伸强度为81MPa，压缩强度为215MPa。将环氧树
脂与铝粉和液体橡胶型增韧剂混合，可制得具有优良
导热性能和抗冲击性能的环氧树脂产品[s]。用金属粉
(如铝粉)和低熔点无机粉末(如低熔点玻璃)以及氟
树脂(如PETF)可制备具有良好导热性、高抗冲击
性和模塑稳定性的材料[6]。例如，将三者以4：3：
的质量比在球磨机中进行研磨共混，在5MPa下进行
模压成型，然后在380 C下烧结，制得内含金属粉的氟
树脂与无机物质组成的互穿网络。该材料可以广泛用
于涂层、过滤器、热传导器及滑动材料。在氟树脂
(如三氟乙烯一四氟乙烯共聚物)中填加3％的石墨晶
须(直径小于 1 m)、4．5 9，5的碳纤维(直径小于
7 m)和4．5 的石墨粉(直径小于2．5 m)，便可赋
予压延膜片0．48W ／(m ·K) 的导热系数J。
将87份聚丙烯与3份铝粉(直径为10～15 m
和9份碳纤维共混、挤出造粒，注射模塑，可制得拉
伸强度大于36．1MPa，电阻为0．14kQ 的导热导电性
材料[8]。石墨是最常用的导热填料之一，其导热系数
与金属的导热系数最为接近。含有4O 膨胀石墨的聚
乙烯材料，具有11．6～23W／(m ·K)的导热系数，拉
伸强度为40～46MPa L9]。用石墨与聚丙烯或酚醛树脂
复合的材料可制作耐腐蚀性优异的换热器。用石墨与
氯化聚氯乙烯的复合材料可以制作耐热性优良、耐化
学腐蚀性优异的导热管；还可以制作热变形温度高
成型收缩率低、导热性优异的太阳能热水器。
1．1．2 绝缘型导热塑料
用于这类导热塑料的填料主要包括：金属氧化物
如BeO，MgO，A12O。，CaO，NiO；金属氮化物如AlN
BN 等；碳化物如SiC，B C。等。从表1中可以看出
它们也有不错的导热性，而且同金属粉相比有优异的
电绝缘性，因此它们能保证最终制品具有良好的电绝
缘性，这在电子电器工业中是至关重要的。当然也可
以用在对导电性能没有特殊要求的其他领域。
用于电子元器件的聚酰胺树脂的导热性，可以通
过添加平均细度10～12 m 的MgO来获得，其质量
分数在50 ～90 [4 。金属氮化物中，AlN 和BN 是
最常用的导热性填料。用不饱和聚酯、固化剂、玻璃纤维、AlN 粉末、MgO、CaCO。、硅烷偶联剂等的混
合体系制得的材料，具有1．13w／(n1·K)的导热系
数，同时弯曲强度也令人满意。此材料用于电器设备
和仪器的外壳u 。将BN、AlN、MgO 按一定比例
(3：2：)混合，再与聚醚酮、聚酰亚胺的二甲基甲
酰胺溶液进行共混，最终的模塑物有很高的导热性
能，可用于电路板绝缘材料L1 。Hatsuo等人L1 用一种
新的方法得到了AlN／酚醛树脂复合材料应用在电子
封装工业中，在AlN最大填充量78．(体积百分
比)时，体系的导热系数达到了32．5W／(m ·K)。比
由Bujard等人n 得到的A1N环氧树脂复合材料最高
导热性能[4．23 w／(n1·K)] 高出7倍之多。
将热固型酚醛树脂粉和煅烧高岭土通过混合、双
辊筒炼塑机捏合、转移模塑的技术方法可制备冲击强
度、弯曲强度、导热性能三者兼顾的热固性酚醛塑
料u。，当二者的比例为1：1．5时，材料的导热系数为
0．88W ／(m ·K)，冲击强度为l1．2 kJ·cm／m ，200 C
下的弯曲强度为1O9MPa。在聚苯醚和尼龙的共混物
中(PPO／PA)，加入直径小于6O m 的Al O。粉末和
／或SiC (平均直径小于1O m)粉末，填充量4O～50
份(聚合物1OO～200份)，所得材料具有较好的热传
导性和尺寸稳定性(在O 相对湿度下)It s]。将金属
氧化物与聚四氟乙烯共混烧结，可以制得导热性良好
的材料。这种材料用于金属炊具的表面涂层，既不粘
饭菜，传热又好LJ 。此外，BeO 也是常用的导热性填
料。如将酚醛树脂粉末与SiC，MgO，Be()，石墨或
B C。、玻璃纤维等捏合、混炼、连续挤出，可以制得
导热系数大于34．8w／(m ·K)的材料L】。
1．2 导热橡胶
用含有A1 O。的硅橡胶可以制作电子元器件的
导热层。当Al。O。的量是聚合物的3倍时，材料的导
热系数可达2．72W ／(m ·K)LI引。在硅橡胶中大量填
充Al O。，还可同时获得高导热性和阻燃性LI 。填加
银粉和BN 以及铂基阻燃剂也可以制备兼具阻燃性
能和导热性能的硅橡胶材料。在一定的配比下，材料
可以具备14W／(m ·K)的导热系数和V一1(UI
94)的阻燃级别L2 。在硅橡胶中填加金属粉或氮化物
(可从铝粉、BN、AlN 中选择)和经硬脂酸表面处理
的Al(OH)。粉末，可制备具有高导热性和良好阻燃
性的硅橡胶L2 ，阻燃级别为V一0(UI 一94)，导热系数
为1．09W ／(m ·K)。将硅橡胶先与大量的BN 粉末
Al：O。粉末、石英粉和适量的偶联剂以及固化剂等混
合，然后溶解在二甲苯溶液中，对玻璃布进行涂敷，干
燥固化，所得织物的涂层有良好的外观、导热性和阻
燃性[2 。将表面处理的SiC、BaSO 、铝粉加入到液体
硅橡胶中，然后将此液体混合物放在两个电极问，加上电场使导热填料取向，由此制得导热性非常好的橡
胶材料，用于电子元件和电器上L2 。中国科学院化学
研究所的汪倩等人在提高室温硫化硅橡胶导热性能
方面做了一系列研究工作。发现一方面选择高导热系
数的填料，更重要的是通过填料在硅橡胶中堆积致密
模型的设计和计算及选择合理的填料品种、填料粒径
及粒径的分布，使室温硫化硅橡胶的导热系数达到
1．3～2．5w ／(m ·K)，达到国际上的最高水平【2 。
在1OO份丁腈橡胶中加入 1 O份晶态SiO。、2 O
份Al：O。、15份DOP (邻苯二甲酸二辛酯)等可以制
作具有良好导热性和电绝缘性能的减震器L2 。这种减
震器用于电子元件和电器上。含有O ～7O 的金属
铝粉的丁腈橡胶可用于需要散热性良好的场合L2 。用
于电子仪器上的高导热性电绝缘聚氨酯橡胶，可用
1OO份液体端羟基聚丁二烯、250份Al ()。、1 O份
BN、6．份甲苯二异氰酸酯的混合物经热压固化制
得，其导热系数为2．W ／(m ·K) 。用氢化SBS
(SEBS)的甲苯溶液与BN 或Al。O。t昆合，干燥后也可
制备具有高导热性和电绝缘性的弹性材料。当SEBS
：BN ：甲苯为2：7．5：7时，所得材料具有6．40W ／
(m ·K) 的高导热性L2 。用SBS的甲苯溶液与片状
Al O。(直径／厚度大于：1)混合也可制取高导热弹
性材料。。。填加导热性很好的碳纤维，可以使碳纤维
／橡胶复合材料具有良好的导热性和导热各向异性。
当纤维的长度小于10mm，体积分数为 1 ％时，其X，
Y，Z轴上的导热系数分别为0．93，1．02，0．39W／
(m · K )[302
。
另外，北京化工大学张立群L3“等人利用不锈钢短
纤维、片状石墨、短碳纤维、铝粉、三氧化二铝粉填
充天然橡胶，制得导热天然橡胶。结果发现胶料加入
导热填充剂后可以大大提高动态压缩疲劳寿命，特别
是铝粉填充胶料，其寿命是对比胶料的6倍以上。可
见利用橡胶的导热性对于提高胶料的动态疲劳性能
是十分有效的。
1．3 导热胶粘剂
导热胶粘剂多用于绝缘性场合，因为在电子电气
工业发展中，电子电气材料领域急需导热绝缘材料，
如半导体管与散热器的粘合、管心的保护、管壳的密
封，整流器、热敏电阻器的导热绝缘，微包装中多层
板的导热绝缘组装等需要不同工艺性能的导热绝缘
胶。以下简述了国内外导热胶粘剂的应用研究概况。
将81 9／6(质量分数)金刚石粉与环氧树脂共混后
得到．2．8w／(m ·K)的导热系数，它可用于电子芯片
的粘合剂L3引。用100份环氧树脂及相应的软化剂、固
化剂与475份合成石英粉(平均直径10Fm，最大直径
100Fm，平均长径比1．5)混合，制得材料的导热系数达2．6w ／(m ·K)，可用于密封半导体装置L3 。北京
化工研究院研制成功两种导热型胶粘剂[】]。其中一种
为有机型导热胶粘剂，它是以高纯度结晶型石墨为导
热材料，以有机高分子物质为粘接剂，并加入其它适
量助剂而制成的一种单组分导热材料。该种导热胶粘
剂化学稳定性好，强度高，耐水性好，贮存及施工方
便，可在一190～190 C范围使用。一些电器设备(如
变压器)要求在电绝缘层外再包覆一层导热层。含有
沥青碳纤维毡(含量10 ～70 )和玻璃纤维的粘合
剂可以满足这种导热层的传热性能要求l-：。
2 导热高分子的导热机理
关于高分子材料自身的导热机理在文献[1，35]
中有详细的讨论．本文主要简单介绍了填充型导热高
分子复合材料的导热机理。
导热高分子复合材料的导热性能最终是由高分
子基体和高导热填充物综合作用决定的。作为导热高
分子复合材料的填充物无论是以粒子还是以纤维形
式，其自身的导热性都远大于基体材料的导热性，当
填充量比较小时，彼此能够均匀的分散在体系中，它
们之间没有接触和相互作用。此时填料对于整个体系
的导热性的贡献不大，但是当填料量达到一定程度
时．填料之间开始有了相互作用，在体系中形成了类
似链状和网状的形态，称为导热网链。这样，当这些
导热网链的取向方向与热流方向平行时，就会在很大
的程度上提高体系的导热性。这就类似于一个简单的
电路，当两个不同阻值的电阻并联在一起时，在一定
的电压下，阻值越小的电阻对于电路中总电流的贡献
越大。体系中基体和填料可以分别看作为两个热阻，
显然基体本身的导热性很差使相应的热阻就很大，而
填料自身的热阻是非常小的，但是体系中如果在热流
方向上形不成导热网链，这使得基体热阻和填料热阻
之间是串连的关系，因此在热流方向上的总热阻是很
大的，最终导致体系的导热性较差。而当热流方向上
形成导热网链之后，填料形成的热阻大大减小．基体
热阻和填料热阻之间有了并联关系．这样导热网链对于整个体系导热性起了主导地位而大大提高了体系
的导热性。对于这一机理人们基本上达成了共识。为
获得高导热性体系，如何利用各种手段以使体系中的
导热网络最大程度上形成而达到有效地热传导是必
须考虑的关键问题。
3 提高导热高分子导热性的途径
通过对填充型导热高分子材料导热机理的简单
讨论，试提出以下几点提高导热高分子材料导热性的途径及手段。3．1 新型导热填料
(1)导热填料超细微化L1一
日本协和化学工业公司开发出高纯度微细
MgO，其热导率≥5ow／(m ·K)，相当于SiO。的4
倍，A1 ()。的3倍。另据报道用平均粒径为5～30$zm
的金属粉末对环氧填充，热导率、^≥3W／(m ·K)。如
果把无机填料的尺寸减少到纳米水平的时，其本身的
导热性也因粒子内原子间距和结构的变化而发生质的变化。例如常规的Si、Ge等材料是典型的共价键型材料，而其纳米粒子表现出金属键的性质，这将有利于其导热性的提高。还有常规的AlN 的导热系数约为
36w ／(m ·K)，而纳米级的AlN 却为320W ／(m ·
K)。可见通过对填料粒子进行纳米尺寸化是提高其自
身导热性的有效途径，也是得到高性能导热高分子材
料的有效途径。
(2)制造高取向填料
日本名古屋工业技术研究所等共同研制出高导
热性陶瓷。通常的氮化硅是无规取向的烧结结构，导热性低，高导热性氮化硅是在原料粉体(粒径l szm 以
下) 中加入种晶粒子(直径l szm，长度3～4$zm)，并
使这种种晶粒子取向排列，形成具有取向的长达
100~m 的纤维状氮化硅结构。由于纤维状结构的形
成，呈现各向异性热导率。在结构取向方向上热导率
为120w ／(m ·K)，为普通氮化硅的3倍，相当于钢
的热导率L3 。
(3)制备三维结构的碳纤维L1
在第40届国际尖端材料学会年会与展览中，
AM()CO 公司新研制推出的THORNEI K1100X 的
高性能沥青石墨纤维的热导率为12O0w／(m ·K)(铜
的热导率394w／(m ·K))。用三维结构的碳纤维填充
粘合剂，纤维具有各种长度和宽度，粘合剂显示出高
导热性。
3．2 填充粒子的改性
体系的导热系数不仅取决于填料本身的导热系
数，而且还取决于颗粒表面易湿润的程度口。这是因为填料表明的润湿程度影响着填料与基体的粘结程
度、基体与填料界面的热障、填料的均匀分散、填料
的加入量等一些直接影响体系的导热性的因素。因此
对填充粒子进行改性有着重要的意义。
将铝粉先用三嗪类物质的甲醇溶液进行表面处
理，然后再与环氧树脂混合，可提高铝粉与环氧树脂
间的界面亲和性，所制得的材料中铝粉质量分数高达
5O ，最终产品的固化收缩率只有0．1Yo[383。为了提
高石墨粉与树脂间的界面粘合性能，有人研究了偶联
剂对石墨／聚丙烯材料导热性的影响，结果发现钛酸酯偶联剂有一定的效果[392。将8O份MgO (直径1O～
12 m)与2O份聚酰胺树脂通过共混、造粒、注射等
程序制得样品，获得了1．16W ／(m ·K)的导热系数。
缺口冲击强度大于5．0kg·Cnl／Cnl。，用于电子元器件
上。若用偶联剂A1]。O (7一氨丙基三乙氧基硅烷) 对
MgO 进行表面处理，则上述材料的导热系数会提高
到2．1w ／(n1·K)H 。用2一特丁基过氧一2一甲基一3一己
一一
烯与马来酸共聚物(分子量4900～6000)的碱水
溶液对Al：() 表面改性，硅胶中Al 【)。含量可达到
200 ～2jO ，胶膜热导率达1．6W ／(i13．·K)，剪切
强度为2．j2MPa，这主要是因为固化过程中填料表面
的过氧化基团与基体形成桥键0的缘故。
3．3 工艺条件选择
在导热填料确定之后．决楚体系的导热性的另～
主要因素就是复台材料的加工工艺方法。如粒子与基
体复合的方式．采用溶液混合制得的导热橡胶导热性
能明显优于采用直接混炼制得的导热橡胶；复合材料
成型过程中的温度、压力、填料及各种助剂的加料顺
序也会在很大程度上影响体系的导热性能，比如导热
硅橡胶，导热系数高的大多数为高温硫化硅橡胶，而
室温硫化硅橡胶的导热系数均较低，这一方面是由于
人们要求室温硫化硅橡胶具有较好的工艺操作性能，
胶料的粘度不能太大，因此不能加入太多的导热填
料；另一方面是因为室温硫化硅橡胶的致密性较高温
硫化硅橡胶差，也影响了它的导热性能。
另外使用一系列粒径不同的粒子，让填料间形成
最大的堆砌度，可获得较高的导热性。理想情况下，复
合材料的导热性可达到基质的2O倍。通过特殊的工
艺使导热性填料在基质中形成“隔离分布态”时[4：，即
使在很小的用量下也会赋予复合材料较高的导热性。
汪倩等人研究了Al O。、SiC两类导热填料以及填
料的粒径分布对室温硫化硅橡胶和硅脂的导热性能
和粘度的影响。结果发现选用不同粒径的SiC 和
Al：()。导热填料对体系填充可得到高导热性室温硫化
硅橡胶和硅脂，且工艺性能良好。当用多种粒径导热
填料进行填充时，填料的搭配对提高导热性能和降低
粘度有显著的影响，不同粒径填料分布变化时．体系
的导热性能和粘度会发生规律性的变化；当粒径分布
适当时可同时得到最高的导热系数和最低的粘度。
AlN 粉末与环氧树脂混合可制得与金属的热扩散系
数媲美的材料L4 ，此专利是将四种不同粒径的AlN
粉末按一定比例与环氧树脂混合，最终AlN 粉末在基
质中达到8O 的质量分数，获得了4．IW／(m ·K)的
导热系数。而将一系列粒径不同的BN 粉末与聚合物
混合，结果得到有18．3W ／(m ·K)的导热系数的材
料【4 。为获得填料在基质中最大限度的堆砌系数，可将三种粒径不同的Al：O 按一定的比例与环氧树脂
混合，最终产品中Al。()。的体积分数高达73 ，导热
系数为4．05W ／(n1·K)H 。
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585．】992．基金项目：本工作得到广东省“十五”重大专项、广东省自然科学基金团队项目和广东省自然科学基金项目(990277) 的资助。
收稿日期：2001¨一o9
作者简介：马传国(1 978一)．男．硕士研究生．中山大学化学与化工学
院高分子物理与化学专业．主要从事功能高分子复合材料的研究、联系
地址；广州市中l【j大学材料科学研究所硕(51 0275，．Email：machg
@ 2lcn corn ●
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导热高分子材料的发展历程(精)
导热高分子的发展历程 学校名称：华南农业大学 院系名称：材料与能源学院 时间：2017年2月27日
发展历程 1聚苯胺在19世纪中叶首次由Henry Letheby描述，他研究了苯胺在酸性介质中的电化学和化学氧化产物。他指出，还原形式是无色的，但氧化形式是深蓝色。第一高导电性有机化合物是电荷转移络合物。在20世纪50年代，研究人员报告说，多环芳族化合物与卤素形成半导电电荷转移络合盐。在1954年，贝尔实验室和其他地方的研究人员报告了有机电荷转移络合物，电阻率低至8欧姆- 厘在20世纪70年代初，研究人员证明四硫富瓦烯的盐显示几乎金属导电性，而超导性在1980年被证明。关于电荷转移盐的广泛研究继续今天。虽然这些化合物在技术上不是聚合物，但这表明有机化合物可以携带电流。虽然有机导体以前间歇性讨论，该领域特别通过预测的超导性BCS理论发现后激发。1963年澳大利亚人B.A.博尔托Weiss及其同事报道了电阻率低至1欧姆·厘米的聚吡咯衍生物引用了类似的高电导率氧化聚乙炔的多个报道。除了电荷转移复合物（其中一些是偶数超导体）的显着例外之外，有机分子先前被认为是绝缘体或者最好是弱导电半导体。随后，DeSurville和同事报道了在聚苯胺中的高导电性。同样，在1980年，Diaz和Logan报道了可用作电极的聚苯胺膜。 尽管大多数在小于100纳米的量子领域中操作，但“分子”电子过程可以在大规模上集体表现。示例包括量子隧道效应，负电阻，声子辅助跳跃和极化子。1977年，Alan J. Heeger，Alan MacDiarmid和Hideki Shirakawa报道了氧化碘掺杂聚乙炔的相似的高电导率对于这项研究，他们被授予2000年诺贝尔化学奖“用于发现和发展导电聚合物”。自20世纪80年代后期以来，有机发光二极管（OLED）已经成为导电聚合物的重要应用。 1维基百科
生活中的高分子材料
生活中的高分子材料 【摘要】 高分子应用在生活中各个地方，塑料便是应用较为广泛。塑料在生活起重大作用，但是也给环境带来了危害。如何解决由塑料制品所造成的白色污染时全人类共同面临的问题。目前，在诸多的解决方案中，开发可降解塑料成为全球瞩目的热点。 【正文】 高分子材料：以高分子化合物为基础的材料，高分子材料是由相对分子质量较高的化合物构成的材料，包括橡胶、塑料、纤维、涂料、胶粘剂和高分子基复合材料，由千百个原子彼此以共价键结合形成相对分子质量特别大、具有重复结构单元的有机化合物。 高分子的分子量从几千到几十万甚至几百万，所含原子数目一般在几万以上，而且这些原子是通过共价键连接起来的。高分子化合物中的原子连接成很长的线状分子时，叫线型高分子(如聚乙烯的分子)。如果高分子化合物中的原子连接成网状时，这种高分子由于一般都不是平面结构而是立体结构，所以也叫体型高分子。 高分子材料的结构特征 高分子材料的高分子链通常是由成千上万个结构单元组成，高分子链结构和许许多多高分子链聚在一起的聚集态结构形成了高分子材料的特殊结构。因而高分子材料除具有低分子化合物所具有的结构特征(如同分异构体、几何结构、旋转异构)外，还具有许多特殊的结构特征。高分子结构通常分为链结构和聚集态结构两个部分。链结构是指单个高分子化合物分子的结构和形态，所以链结构又可分为近程和远程结构。近程结构属于化学结构，也称一级结构，包括链中原子的种类和排列、取代基和端基的种类、结构单元的排列顺序、支链类型和长度等。远程结构是指分子的尺寸、形态，链的柔顺性以及分子在环境中的构象，也称二级结构。聚集态结构是指高聚物材料整体的内部结构，包括晶体结构、非晶态结构、取向态结构、液晶态结构等有关高聚物材料中分子的堆积情况，统称为三级结构。 高分子材料按其来源可分为：天然高分子材料、半合成高分子材料（改性天
导热高分子材料
导热高分子材料 一、概述 传统的导热物质多为金属如Ag, Cu, Al和金属氧化物如Al2O3, MgO, BeO以及其它非金属材料如石墨,炭黑,Si3N4,AlN。随着工业生产和科学技术的发展,人们对导热材料提出了新的要求,希望材料具有优良的综合性能。如在化工生产和废水处理中使用的热交换器既需要所用材料具有导热能力,又要求其耐化学腐蚀、耐高温。在电气电子领域由于集成技术和组装技术的迅速发展,电子元件、逻辑电路的体积成千成万倍地缩小,则需要高导热性的绝缘材料。近几十年来,高分子材料的应用领域不断拓展,用人工合成的高分子材料代替传统工业中使用的各种材料,特别是金属材料,已成为世界科研努力的方向之一。在导热材料领域,纯的高分子材料一般是不能胜任的,因为高分子材料大多是热的不良导体(见表2 )。 在塑料工业中,导热塑料最大和最重要的应用是替代金属和金属合金制造热交换器[3]。它可以代替金属应用于需要良好导热性和优良耐腐蚀性能的环境,如换热器、太阳能热水器、蓄电池的冷却器等。电子电器工业也是应用导热塑料较多的一个领域,主要用来制造要求较高的导热电路板。另外在用作输送、盛装、封闭、装饰、埋嵌等材料,以及满足某些制品在固化时的尺寸稳定性的要求方面也有应用。 在橡胶工业中,关于导热橡胶制品的研究开发,重点集中在以硅橡胶和丁腈橡胶为基质的领域内,用于制造与电子电气元件接触的橡胶制品,既提供了系统所需要的高弹性、耐热性,又可以将系统的热量迅速传递出去。如具有良好导热性和电绝缘性能的橡胶可以用于电子电器元部件的减震器;事实上,许多橡胶制品都在动态情况下使用,由材料的形变滞后效应所造成的体系温升经常是很高的,从而使得材料的动态疲劳性能下降。以往人们总是研究怎样从配方上降低橡胶材料的动态生热,而没有很好地研究胶料本身导热性好坏及怎样进一步提高的问题。 在粘合剂工业中,随着电子元器件和电子设备向薄轻小方面发展,对于用作封装和热界面材料的导热粘合剂尤其是导热绝缘粘合剂的需求越来越高。散热在电子工业中是一个至关重要的问题。比如对于电子元器件,如果热量来不及散除将导致其工作温度升高,这样不仅会降低其使用寿命而且也将大大降低它的稳定性。 如上所述,绝大多数高分子材料本身属于绝热性材料。要想赋予高分子材料优良的导热性,主要是通过共混(熔体共混和溶液共混等)方法在高分子材料中填充导热性能好的填料。这样得到的导热材料有价格低廉、易加工成型等优点。 二、导热高分子材料的制作
高分子材料和复合材料导学案
高分子材料和复合材料 导学案 -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN
第三单元高分子材料和复合材料 编写：王飞审核：何一位作业等第：_______ 班级：________姓名：____________批改日期：_______ 【学习目标】 了解有机高分子材料的分类，认识塑料、纤维、橡胶、功能高分子材料的区别； 【课堂导学】 1、塑料的主要成分是，具有、、、、等优点；塑料按性能和用途可分为、、；按受热情况可分为、。 2、纤维可以分为那两大类： 3、区分不同纤维的常见方法是: 4、橡胶的分类： 5、天然橡胶的主要成分它为分子； 缺点是：；为了改变特性常常要经过处理；使得分子结构变为 6、常见的高分子材料有： 7、复合材料是指： 其优点是： 常见的复合材料有： 二、课堂探究 1．随着社会的发展，复合材料逐渐成为一类新的有前途的发展材料，目前，复合材料最主要的应用领域是( )。 A．高分子分离膜 B．人类的人工器官 c．宇宙航天工业 D．新型药物 2、下列塑料的合成，所发生的化学反应类型与另外三种不同的是（） A 聚乙烯塑料 B 聚氯乙烯塑料 C 酚醛塑料 D 聚苯乙烯塑料 3、下列有关高分子化合物的叙述正确的是( )。 A．高分子化合物极难溶解 B．高分子化合物依靠分子间作用力结合，材料强度均较小 C．高分子均为长链状分子 D．高分子材料均为混合物 三、课堂笔记
【巩固反馈】 1．橡胶属于重要的工业原料。它是一种有机高分子化合物，具有良好的弹性，但强度较差。为了增加某些橡胶制品的强度，加工时往往需进行硫化处理，即将橡胶原料与硫黄在一定条件下反应。橡胶制品硫化程度越高，强度越大，弹性越差。下列橡胶制品中，加工时硫化程度较高的是() A．橡皮筋B．汽车外胎 C．普通气球 D．医用乳胶手套 2、物质不属于天然高分子化合物的是( ) A. 淀粉 B. 纤维素 C. 塑料 D. 蛋白质 3下列各物质属于高分子化合物的是( )。 A.葡萄糖 B．硬脂酸甘油酯 C．TNT I)．酶 4下列原料或制成的产品中。若出现破损不可以进行热修补的是( )。 A．聚氯乙烯凉鞋 B．电木插座 C．聚丙烯材料 D．聚乙烯塑料膜 5离分子材料与一般金属材料相比，优越性是( )。 A．强度大 B.电绝缘性能好 C．不耐化学腐蚀 D．不耐热 6、材料科学、能源科学、信息科学是二十一世纪的三大支柱产业。在信息通信方面，能同时传输大量信息，且具有较强抗干扰能力的材料是( )。 A．光导纤维 B．塑料 C．合成橡胶 D．合成纤维 7、“空对空”响尾蛇导弹头部的“红外眼睛”，能分辨出0C的温差变化，它是由热敏陶瓷材料和热释电陶瓷材料做成的。下列叙述中不正确的是( )。 A．“红外眼睛”对热非常敏感 B．“红外眼睛”的热目标是敌机发动机或尾部喷口高温区 C.“红外眼睛”的电阻值随温度明显变化
导热高分子影响热导率因素(精)
导热高分子 影响热导率的因素 学校名称：华南农业大学 院系名称：材料与能源学院 时间：2017年2月27日
1.影响热导率的因素 1.1树脂基体 虽然有聚乙炔、聚亚苯基硫醚、聚噻吩等本征型导电、导热高分子材料，但绝大多数高分子材料本身属于绝热材料。赋予其优异的导热性的主要途径是通过共混(如机械共混、熔体共混或溶液共混等)的方法在高分子材料中填充导热性能好的填料，从而得到导热性能优良、价格低廉、易加工成型的导热高分子材料。表1是一些材料的热导率： 1.2导热填料 1.2.1填料的种类及填充量 填料主要包括金属填料和非金属填料。填料的种类不同，其导热机理、热导率及适用范围也不同。一般来说，在特定条件下，填充量越大，导热效果越好
1.2.2.填料的尺寸 填料填充复合材料的热导率随粒径增大而增加，在填充量相同时，大粒径填料填充所得到的复合材料热导率均比小粒径填料填充的要高。但是，导热填料经过超细微化处理可以有效提高其自身的导热性能;譬如在丁苯橡胶中分别添加纳米氧化铝或微米氧化铝，在相同填充量下，发现纳米氧化铝填充丁苯橡胶的热导率和物理力学性能均优于微米氧化铝填充的丁苯橡胶，且丁苯橡胶的热导率随着氧化铝填充量的增加而增大。 1.2.3.填料的形状 分散于树脂基体中的填料可以是粒状、片状、球形、纤维等形状，填料的外形直接影响其在高分子材料中的分散及热导率。在相同的情况下，热导率最低的是粉状，其次是纤维，最高的则是以晶须形态填加的复合材料。 1.2.4.基体与填料的界面 导热高分子复合材料是由导热填料和聚合物基体复合而成的多相体系，在热量传递(即晶格振动传递)过程中，必然要经过许多基体一填料界面，因此界面间的结合强度也直接影响整个复合材料体系的热导率。 基体和填料界面的结合强度与填料的表面处理有大关系，取决于颗粒表面易湿润的程度。这是因为为填料表面润湿程度影响填料与基体的粘结程度、基体与填料界面的热障、填料的均匀分散、填料的加入量等一些直接影响体系热导率的因素。增加界面结合强度能提高复合材料的热导率。表面处理剂的加入既可以改善填料的分散能力，又可以减少硅橡胶受外力作用时填料粒子与基体间产生的空隙，减少应力集中导致的基体破坏。 表面处理剂对热导率的影响应该是“桥联”和“包覆”共同作用的结果。一方面，其“桥联”作用改善了填料与基体的界面相容性，减少了界面缺陷及可能
导热高分子的概述(精)
导热高分子材料的概述 学校名称：华南农业大学 院系名称：材料与能源学院 时间：2017年2月27日
1.概述 1.1概念 指具有较高导热系数的高分子材料，固体中传导热量的载体包括电子、声子、磁激发和电磁辐射等；从本质上讲，绝大多数聚合物的导热性能与无机材料相比均不理想。 1.2发展历程 1聚苯胺在19世纪中叶首次由Henry Letheby描述，他研究了苯胺在酸性介质中的电化学和化学氧化产物。他指出，还原形式是无色的，但氧化形式是深蓝色。第一高导电性有机化合物是电荷转移络合物。在20世纪50年代，研究人员报告说，多环芳族化合物与卤素形成半导电电荷转移络合盐。在1954年，贝尔实验室和其他地方的研究人员报告了有机电荷转移络合物，电阻率低至8欧姆- 厘在20世纪70年代初，研究人员证明四硫富瓦烯的盐显示几乎金属导电性，而超导性在1980年被证明。关于电荷转移盐的广泛研究继续今天。虽然这些化合物在技术上不是聚合物，但这表明有机化合物可以携带电流。虽然有机导体以前间歇性讨论，该领域特别通过预测的超导性BCS理论发现后激发。1963年澳大利亚人B.A.博尔托Weiss及其同事报道了电阻率低至1欧姆·厘米的聚吡咯衍生物引用了类似的高电导率氧化聚乙炔的多个报道。除了电荷转移复合物（其中一些是偶数超导体）的显着例外之外，有机分子先前被认为是绝缘体或者最好是弱导电半导体。随后，DeSurville和同事报道了在聚苯胺中的高导电性。同样，在1980年，Diaz和Logan报道了可用作电极的聚苯胺膜。 尽管大多数在小于100纳米的量子领域中操作，但“分子”电子过程可以在大规模上集体表现。示例包括量子隧道效应，负电阻，声子辅助跳跃和极化子。1977年，Alan J. Heeger，Alan MacDiarmid和Hideki Shirakawa报道了氧化碘掺杂聚乙炔的相似的高电导率对于这项研究，他们被授予2000年诺贝尔化学奖“用于发现和发展导电聚合物”。自20世纪80年代 1维基百科
导热高分子材料的研究
导热高分子材料的研究 发表时间：2019-04-28T15:21:01.220Z 来源：《基层建设》2019年第6期作者：姜琳琳 [导读] 摘要：随着工业生产和科学技术的发展，人们对导热材料提出了新的要求，希望其具有优良的综合性能，本文介绍了导热高分子材料的作用原理及导热高分子材料的导热性能的影响因素，对导热高分子材料进行了一定的研究，并提高导热高分子材料的途径，使得导热高分子材料具有了更大的进步和发展。 摘要：随着工业生产和科学技术的发展，人们对导热材料提出了新的要求，希望其具有优良的综合性能，本文介绍了导热高分子材料的作用原理及导热高分子材料的导热性能的影响因素，对导热高分子材料进行了一定的研究，并提高导热高分子材料的途径，使得导热高分子材料具有了更大的进步和发展。 关键词：导热高分子材料；研究；作用原理；影响因素 0 引言 随着科技水平与日俱增，伴随我们生活的日新月异的变化，导热高分子材料的具体实践已经渗透进入了技术领域的方方面面。由于其具备特殊的性能，而被广泛投入到生产生活中。目前随着科学技术的进步，导热高分子材料的研究取得了一定的成果，在基本理论方面聚合物导热的概念、导热机理、导热系数以及影响其导热性能的因素都进行了深入的研究，并且在导热高分子复合材料的选择以及复合技术方面的研究也有了长足的进展。 1 导热高分子材料的作用原理 不同材料的导热机理是不同的，当晶体受热时，组成晶体的粒子产生热运动，从而表现出导热性能。填充的导热物质以及高分子基体是决定导热高分子材料自身性能的主要因素。对于导热高分子而言，所呈现出的特殊晶体结构，是其导热性能的重要基础，如果晶体结构被破坏，则意味着高分子材料的导热性能不复存在。在导热高分子材料中，填充物的导热性能往往会明显高于高分子基体的导热性能，所以，填充材料是导热高分子材料必不可少的组成部分。在填充材料的具体使用过程中，如果物质的填充量较少，那么粒子材料之间的空隙会比较大，空气的导热性能远低于高分子材料，所以此时高分子材料的导热性能相对较弱。而如果填充材料的数量较多，则意味着物质粒子之间的空隙减小，则很容易形成导热链，此时高分子材料的导热性能明显增强。 2 导热高分子材料的导热性能的影响因素分析 2.1 温度影响因素 温度对导热高分子材料导热性能的影响是非常复杂的，总体来讲是导热系数随着温度的升高而增大，不同材料变化规律之间会相差很多。温度对非晶聚合物 导热性能的影响呈现出曲线状态，在高于100K的温度区域内，导热系数随着温度的升高而增大，在超过一定温度后，导热系数会随着温度的升高而下降，在更高的温度时导热系数与温度的关系比低温状态时表现的要平缓，在5-15K温度范围时，导热系数与温度无关。温度对结晶聚合物的导热性能的影响是导热系数随着温度的升高而增大在达到最大值时然后开始出现逆转，在低于10K的温度范围时，导热系数开始随着结晶度的增加而下降。 2.2 取向影响因素 高分子材料的拉伸取向对其导热性能的影响也是很大的，非晶聚合物中包含非晶玻璃聚合物和非晶弹性体，它们在拉伸过程中使分子链拉伸取向增多，导热系数沿拉伸方向的增多而降低。拉伸取向对结晶聚合物导热性能的影响更加复杂，多年来经过科学家的不断实验与研究，实验结果证明了结晶完整的聚合物导热性能更强。 2.3 其他影响因素 研究人员发现高分子材料中的分子结构参数、交联程度、辐射剂量和流体静压力都对导热性能也存在着一定的影响，导热系数会随着分子链支链的增加而急剧减小，随着交联剂用量的增大而增大，随着辐射剂量的增大结晶度降低熔体导热系数增大而使聚合物导热系数减小，而流体静压力增强时，高分子聚合物的体积减小从而导热系数增大。 3 导热高分子材料的研究 3.1 导热塑料 导热塑料是一种导热高分子材料，其在绝缘方面也起到重要作用。树脂是制作导热塑料的基本原料，其优势体现在于隔离发电体，从基础上建立材料本省与绝缘器之间的关联。关于填充物的一些特性，金属氧化物通常被设计人员当做填充主体物质，并向其中掺加部分金属氮化物，从而时导热塑料的稳定性增加。试验中显示，填充物的主要作用是增加导热塑料中的纤维量，并与其融合成新型复合形态的导热器。填充物的多少也影响着导热材料的稳定性，对其比例进行合理安排。在填充物的材料选择上，我们应避免使用金属粉，因为金属会加大导热材料的导电性。要想充分发挥导热材料的作用，在材料上选择树脂，并对填充物合理安排，必将通过这种方式来实现。 3.2 导热橡胶 导热橡胶广泛应用于航天、航空、电子、电器领域中需要散热和传热的部位，同时也可起到绝缘、减震的作用。在橡胶工业中，一般从加工和使用两个角度来考虑导热性问题。在加工过程中，对导热性的研究主要是针对厚橡胶制品硫化均匀性这个问题。这种研究目前还仅限于提供了一些结论，并没有取得令人满意的实际成果。其中，关键是缺乏既能提高硫化时橡胶的导热性，同时不降低其性能的技术手段和配合剂。通常导热橡胶是以硅橡胶或硅树脂为基材，填充Al2O3，AlN，BN，TiO2等导热填料，以适应不同场合的需要。其具有良好的导热性能，目前针对这一类型导热橡胶的研究也比较多。 3.3 导热胶粘剂 导热胶粘剂作为导热高分子材料的一种，可以将导热胶黏剂进一步分成绝缘导热胶黏剂和非绝缘导热胶黏剂，研究人员表明，在导热胶黏剂制作过程中，如果将导热填充物进行固化，则可以明显提升导热高分子材料的导热性能。如果将碳纤维作为填充物添加到粘接剂中，则可以明显提高粘接剂的导热性能，在现实社会中，这一类粘接剂主要被用于散热板以及半导体封装材料中 4 提高导热高分子材料的途径 充分发挥导热高分子材料的作用，其基础是选择合适的基本材料。在生产过程中，高分子材料本身的优势就比较大，其导热性与材料的高效利用，在性能方面为生产提供更多方便，实际的操作加工中，高分子材料比以往的传统材料更加方便。可见在基体材料的选择上会
导热高分子材料的研究与应用
导热高分子材料的研究与应用范晨皓化学工程与工艺三班20060300305 摘要:总结了影响高分子材料导热性能的因素; 阐述和分析了导热性填料种类、温度、结 晶度、分子链取向、密度和湿度对导热性高分子材料热导率的影响。介绍了金属材料、非金 属材料、高分子材料的导热机理, 以及导热填料搀杂高分子材料的导热理论模型。综述了各 种高导热填料的研究进展和它们在导热高分子材料中的应用情况。最后提出了导热高分子材 料的研究方向。 关键词：高分子材料; 热导率; 影响因素; 填料; 温度; 结晶度；应用 Abstract: Summed up the impact of polymer material properties of thermal conductivity of the factors; and analysis on the thermal conductivity of the type of filler, temperature and crystallinity, molecular chain orientation, density and humidity on the thermal conductivity polymer thermal conductivity. Introduced metal materials, non-metallic materials, the thermal conductivity of the polymer mechanism of polymer mixed with filler and the thermal conductivity of the material model. A variety of high thermal conductivity Summary of the research and fill them in the thermal conductivity of the polymer application. Finally, the thermal conductivity of the polymer research. Key word:Polymer; thermal conductivity; factors; filler; temperature; crystallinity; Application 近些年来,随着工业生产和科学技术的发展,人们对导热材料提出了新的要求,希望其具 有优良的综合性能,如用于化工生产和废水处理的热交换器既需要具有导热能力,又要求耐化 学腐蚀、耐高温;在电气电子领域由于集成技术和组装技术的迅速发展,电子元件、逻辑电路 的体积成千成万倍地缩小则需要高导热性的绝缘材料。传统的导热材料多为导热性较好的金 属材料,但金属材料不耐腐蚀,使其在某些领域的应用受到限制。目前采用的合金技术和防腐 涂层技术虽然提高了金属的抗腐蚀能力,却大大降低了其导热性。高分子材料具有优良的耐 腐蚀性能和力学性能,因而人们逐渐用其来代替传统金属材料,但纯的高分子材 料一般是不能胜任的,因为高分子材料大多是热的不良导体(见表1) [1 ,2 ] 。 表1 几种塑料的热导率 Tab. 1 Thermal conductivity of some kinds of plastics W·(m·K) - 1 材料PE2LD PE2HD PVC PP PS PTFE PMMA Nylon 热导率0. 33 0. 44 0. 16 0. 24 0. 08 0. 27 0. 75～0. 25 0. 25 制造具有优良综合性能的导热材料一般有两种途径[3 ] :第一,合成具有高热导率的结构聚合物;第二,在聚合物中填充高导热性的填料,制备导热复合材料。其中第二种方法比较常见,一般 都是用高导热性的金属或无机填料对高分子材料进行填充。这样得到的导热材料价格低廉、
高分子复合材料的性能特点
高分子复合材料的性能特点 陈金鹏 （河北工业大学材料科学与工程学院，材料物理与化学国家重点学科，天津）摘要：简单介绍了稀土/高分子复合材料，磁智能材料，聚合物基纳米复合材料，导电高分子复合材料，磁性纳米高分子复合材料等几种高分子复合材料的性能和特点，以及对它们的制作方法做了简单的介绍。 关键词：高分子复合材料，纳米材料，特性 The performance characteristics of polymer composite materials Chen jin peng （College of Materials Science and Engineering, Hebei University of Technology, Tianjin, China ） Abstract: Introduced several the performance and characteristics of the rare earth/polymer composite material l, magnetic intelligent materials, polymer nanocomposites, conductive polymer composite material, magnetic nano polymer composite macromolecule composite materials, and their production methods do briefly introduced. Key words：Polymer composite materials, Nano materials, characteristics 1.1稀土/高分子复合材料 在高分子材料科学发展过程中，兼备高分子材料质轻、高比强度、易加工、耐腐蚀的优点，同时又具有光、电、磁、声等性能的特种高分子复合材料备受推崇。稀土因其电子结构的特殊性而具有光、电、磁等特性，这些特性是人们制备稀土/高分子复合材料强烈的技术和应用的驱动力。在简单掺混型稀土/高分子复合材料的制备过程中,研
导热高分子材料应用
导热高分子材料应用 摘要：综述了各种高导热填料的研究进展和它们在导热高分子材料中的应用。最后提出了导热高分子材料的研究方向。 关键词：石墨导热材料导热绝缘胶粘剂导热节能胶粘剂 传统的导热物质多为金属如Ag、Cu、A l和金属氧化物如A l2O3、MgO、BeO以及其它非金属材料如石墨、炭黑、Si3N4、A lN。部分材料的热导率见图一。另据报道导电有机物质包括聚乙炔、聚亚苯基硫醚、聚噻吩等也具有良好的导热性。用导电性有机物质作填料可以改善材料的相容性、加工性、导热性能,并可以减小材料的密度,且导电有机物质在不纯的情况下将成为绝缘体。 随着工业生产和科学技术的发展,人们对导热材料提出了新的要求,希望材料具有优良的综合性能。如在化工生产和废水处理中使用的热交换器既需要所用材料具有导热能力,又要求其耐化学腐蚀、耐高温。在电气电子领域由于集成技术和组装技术的迅速发展,电子元件、逻辑电路的体积成千成万倍地缩小,则需要高散热性的导热绝缘材料。 近几十年来,高分子材料的应用领域不断拓展，用人工合成的高分子材料代替传统工业中使用的各种材料,特别是金属材料,已成为世界科研努力的方向之一。由于高分子材料大多是热的不良导体(见图二,为了制造具有优良综合性能的导热材料,一般都是用高导热性的金属或无机填料对高分子材料进行填充。这样得到的导热材料价格低廉、易加工成型,经过适当的工艺处理或配方调整可以应用于某些特殊领域。 1.石墨导热材料 换热器是化工、制药、食品、能源等工业部门广泛应用的通用设备。碳钢和不锈钢导热性很好,然而在特定的情况下,特别是有腐蚀性化学物质时,则不能适应要求。高分子材料虽然化学稳定性优异,但热导率较低。用石墨作为导热填料以改性酚醛树脂为粘结剂制成酚醛/石墨导热塑料,既保留了塑料优异的耐腐蚀性能,又有与金属相近的导热性能。 上图显示出石墨含量对热导率的影响,所用石墨的热导率为134W /(m K),而改性酚醛树
高分子复合材料现状及发展趋势
高分子复合材料现状及发展趋势 8090216 王健敏 摘要：本文概述了高分子复合材料近年来的最新发展状况以及未来的发展趋势。针对不同的高分子复合材料，文章分别简要概括了液晶高分子复合材料、纳米高分子复合材料以及导热高分子复合材料这三种目前发展最为迅猛的高分子复合材料各自的发展状况。通过相关文献所报导的对于复合机理或者是具体应用上的报导，可以得知高性能、高功能、合金化、精细化、智能化的高分子复合材料是未来材料发展的主要方向之一。 关键词：液晶高分子复合材料、纳米高分子复合材料、导电高分子复合材料 21世纪是科技迅猛发展的时代，随着科学技术的发展，人们对聚合物材料的应用性能的要求日益提高，仅由合成法制备新的聚合物越来越难以满足要求的应用性能，而高分子复合材料所表现出来的优异性能引起了科学家的极大关注。高性能、高功能、合金化、精细化、智能化的高分子复合材料将在21世纪发挥出巨大的作用和无限的生命力。目前，高分子复合材料主要有高分子液晶复合材料、高分子纳米复合材料等。另外由于导热高分子复合材料的用途广泛及应用价值巨大，因此将它单独列为一类。随着科学技术的发展，这几类高分子复合材料都得到了长足的发展，下面将分别介绍各种高分子复合材料的发展状况。 1、高分子液晶复合材料
自从1888年奥地利植物学家F. Reinitzer在合成苯甲酸胆甾醇时发现了液晶后[1] , 人们对液晶材料的探索就从未停止。在1966年Dopont 公司首次使用各向异性的向列态聚合物溶液制出商品纤维——Fi2bre B后,高分子液晶走向了工业化道路。至本世纪,高分子液晶的研究已成为高分子学科发展的一个重要方向。液晶高分子当前的发展趋势是：降低成本；发展液晶高分子原位材料；开发新的成型加工技术和新品种；发展功能液晶高分子材料。目前，关于热致液晶高分子的原位复合是液晶高分子复合领域的一大热点。 原位复合材料是以热塑性树脂为基体, 热致液晶高分子为增强剂, 利用热致液晶聚合物易于自发取向成纤维或带状结构的特点, 在共混熔融后拉伸或注射成型时, 体系中的分散相TLCP 在合适的应力作用下取向形成微纤结构, 由于刚性分子链有较长的松弛时间,在熔体冷却时能被有效地冻结或保存在T P 基体中, 从而形成一种自增强的微观复合材料, 即热致液晶原位复合材料[2]。热致液晶高分子( TLCP) 具有高强度、高模量和自增强性能, 杰出的耐高温和冷热交变性能, 优异的阻燃性、耐腐蚀性、耐磨性、阻隔性和成型加工性能, 线胀系数和摩擦系数小, 尺寸稳定性高, 抗辐射、耐微波、综合性能十分优异, 被誉为超级工程材料。 据相关报道，由于碳纳米管( CNT ) 具有卓越的力学、热学、电学等理化性能, 因而广泛用于高分子复合材料改性, 由于长径比较大,只需添加极少的CNT, 就可以显著改善高分子基体的性能[3]，国内外学者对以各种聚合物为基体的CNT /聚合物纳米复合材料进行了广
导热高分子材料
导热高分子复合材料的研究与应用 Advances in Study of Thermal Conducting Polymers Composites and Their Application 马传国，容敏智，章明秋 (1中山大学，教育部聚合物复合材料和功能材料重点实验室，广州510275 2中山大学，材料科学研究所，广州510275) M A Chuan—guo 。RONG M in—zhi 。ZHANG M ing—qiu (1 Key I aboratory for Polymeric Composite& Functional Materials of Ministry of Education of China，Zhongshan University，Guangzhou 510275，China； 2 M aterials Science Institute of Zhongshan University。Guangzhou 510275。China) 摘要：概述了导热高分子材料的应用开发背景．描述了近几年来导热塑料、胶粘剂和橡胶领域内的研究开发进展。简单阐述了导热高分子材料的导热机理并对如何设计高导热高分子复合材料提出了几点建议。 关键词：导热高分子材料；塑料；橡胶；胶粘剂；导热填料 中围分类号：TB332 文献标识码：A 文章编号：1001—4381 (2002)07—0040—06 Abstract：The background of application and search of thermal conducting polymers was reviewed．The progress in the study of thermal conductive plastics、rubbers and adhesions in recent years were described，thermal conducting mechanism of polymer composites was commented and several pieces of advice were given to obtain effective thermal conductive polymer composites． Key words：thermal conducting polymer；rubber；plastic；adhesion；thermal conducting fillers 传统的导热物质多为金属如Ag，Cu，Al和金属氧化物如Al：O。，MgO，BeO 以及其它非金属材料如石墨，炭黑，Si。N ，AlN。部分材料的热导率见表1[1]。另据报道导，电有机物质包括聚乙炔、聚亚苯基硫醚、聚噻吩等也具有良好的导热性，且用导电性有机物质作填料可以改善材料的相容性、加工性、导热性能，并可以减小材料的密度，且导电有机物质在不纯的情况下将成为绝缘体L2 表 1 一些金一和金一氧化物的导热系数 Table 1 Thermal conductivity of metals and metallic oxides 材料x／(W ·ITI—I·K一‘) 材料x／(W ·ITI—I·K一‘) Ag 4l7 BeO 2l9 Al 190 M gO 36 Ca 380 Alz03 30 M g l03 CaO l5 Fe 63 Ni0 l2 Cu 398 A lN 320 AU 3l5 SiC 270 随着工业生产和科学技术的发展，人们对导热材 料提出了新的要求，希望材料具有优良的综合性能。 如在化工生产和废水处理中使用的热交换器既需要所用材料具有导热能力，又要求其耐化学腐蚀、耐高 温。在电气电子领域由于集成技术和组装技术的迅速 发展，电子元件、逻辑电路的体积成千成万倍地缩小， 则需要高导热性的绝缘材料。近几十年来，高分子材 料的应用领域不断拓展，用人工合成的高分子材料代 替传统工业中使用的各种材料，特别是金属材料，已 成为世界科研努力的方向之一。在导热材料领域，纯
高分子材料未来与发展前景
高分子材料相对于传统材料如玻璃、陶瓷、水泥、金属而言是后起之秀，但其发展的速度及应用的广泛性却远远超过了许多传统材料，在当今世界乃至未来的世纪都充当着举足重轻的角色，已成为工业、农业、国防和科技等领域的重要材料，尤其是在开发新型替代能源、节约资源和保护生态环境方面更是发挥着不可替代的作用。新时代的高分子材料已成为现代工程材料的主要支柱，与信息技术、生物技术一起，推动着社会的进步，今天，我将就高分子材料的发展历程及未来趋势做一个简单的概述。 说起高分子材料的发展历程，可能会比我们想象中要长远的多，最早关于高 分子材料的应用要追溯到几万年前人类或者类似人类的远古智能生物最先使用的树枝，兽皮，稻草等天然高分子材料。在历史的长河中，纸，树胶，丝绸等从天然高分子加工而来的产品一直同人类文明的发展交织在一起，奏响了一首久远流长的高分子之歌。 然而随着社会的发展，人类已经不满足于对这些材料的简单利用，相应的天 然高分子材料的改性和加工工艺应运而生，这其中比较具有代表性的是19 世纪中叶，德国人用硝酸溶解纤维素，然后纺织成丝或制成膜，并利用其易燃的特性制成炸药，但是硝化纤维素难于加工成型，因此人们在其中加入樟脑，使其易于加工成型，做成了之后闻名遐迩的“赛璐珞” 的塑料材料。再比如，橡胶的改性，早在11 世纪美洲的劳动人民已经在长期的生产实践中开始利用橡胶了，但当时橡胶制品遇冷就变硬，加热则发粘受温度的影响比较大。1839 年美国科学家发现了橡胶与硫磺一起加热可以消除上述变硬发粘的缺点，并可以大大增加橡胶的弹性和强度。通过硫化改性，有力的推动了橡胶工业的发展，因为硫化胶的性能比生胶优异很多，从而开辟了橡胶制品广泛应用的前景。同时，橡胶的加工方法也在逐渐完善，形成了塑炼、混炼、压延、压出、成型这一完整的加工过程，使得橡胶工业蓬勃兴起，一日千里的突飞猛进。 从二十世纪初开始，高分子材料进入了工业合成高分子的重要阶段，而合成 高分子的诞生和发展则是从酚醛树脂开始的。化学家们研究了苯酚与甲醛的反应，发现在不同的反应条件下可以得到两类树脂，一种是在酸催化下生成可融化可溶解的线型酚醛树脂，另一种则是在碱催化下生成的不溶解不熔化的体型酚醛树脂，这种酚醛树脂是人类历史上第一个完全靠化学合成方法生产出来的合成树
高分子材料和复合材料
第1课时高分子材料和复合材料 班级姓名 【学习目标】 1. 知道生活中常用有机高分子材料的化学成分及其重要性能 2. 认识高分子材料的使用对人类生活质量和环境质量的影响 3. 认识复合材料的结构，说出常见的复合材料及其应用 【重点难点】 1. 热塑性与热固性、天然纤维与化学纤维、天然橡胶与合成橡胶等概念的区别与联系 2. 复合材料的结构 【学习过程】 知识点一：塑料 活动一、阅读教材P101-104页相关内容，回答下列问题： 1. 有机高分子材料按性能和用途一般可分为哪些？ 2. 塑料的主要成分是什么？常见的合成树脂及添加剂有哪些？ 3. 为什么聚乙烯和聚氯乙烯塑料制品可以用加热的方法黏补，而酚醛树脂塑料制品不能用加热的方法黏补？ 4. 为什么聚乙烯塑料可制成食品保鲜袋或保鲜膜而聚氯乙烯塑料就不可以？ 5. 写出由乙烯生成聚乙烯化学反应方程式。 知识点二：纤维 活动二、认真阅读教材P106-108页相关内容后：对纤维进行分类，可分为哪几类？化学组成分别是什么？举例说明。 知识点三：橡胶 活动三、认真阅读教材P104-106页相关内容，回答下列问题： 1. 橡胶可分为哪几类？列举生活中常用的橡胶制品。 2. 天然橡胶的主要成分是什么？天然橡胶有何缺点？如何改进？ 3. 常用的合成橡胶有哪些？
知识点四：功能高分子材料复合材料 活动四、认真阅读教材P108-109页相关内容，回答下列问题： 1. 列举日常生活中常见的几种功能高分子材料。 2. 复合材料是由什么材料组成的？ 3. 列举生活中的复合材料，它们的组成分别是什么？ 【同步导练】 （）1. 从2008年6月1日起，我国禁止生产、销售、使用超薄塑料购物袋。下列对聚乙烯塑料叙述不正确 ．．．的是 A. 属于有机高分子材料 B. 大量使用会产生“白色污染” C. 生产原理符合“绿色化学”思想 D. 工业上通过乙烷加聚合成 （）2. CCTV《科技博览》报道，2004年3月中科院首创用CO2合成可降解塑料聚二氧化碳。下列相关说法不合理的是 A. 二氧化碳塑料是通过加聚反应制得的 B. 用工业废弃物二氧化碳生产塑料，有助于缓解温室效应 C. 二氧化碳塑料不能在空气中燃烧 D. 聚二氧化碳塑料的使用会产生白色污染 （）3. 下列物质的主要成分属于天然纤维素的是 A. 聚乙烯 B. 尼龙 C. 棉花 D. 涤纶 （）4. 不粘锅内壁涂有一薄层聚四氟乙烯涂层，聚四氟乙烯商品名为“特氟隆”。下列关于聚四氟乙烯的说法中，不正确的是 A. 聚四氟乙烯的单体是四氟乙烯 B. 聚四氟乙烯能够承受高温而不发生任何变化 C. 聚四氟乙烯是一种含氟塑料 D. 聚四氟乙烯广泛应用于制冷工业、化学工业等。 （）5. 属于合成有机高分子化合物的是 A. 纤维素 B. 聚乙烯 C. 肥皂 D. 淀粉 （）6.下列物质的主要成分属于有机高分子材料的是 A. 聚丙烯 B. 新型陶瓷 C. 镁铝合金 D. 钢化玻璃 7. 塑料的主要成分是_________________，聚乙烯塑料的单体是_________________，写出由乙烯制聚乙烯的化学反应方程式_______________________________________。 8. 三大合成材料指的是_________________、_________________、__________________。 9. 橡胶是制造轮胎的重要原料，天然橡胶通过___________措施可增大强度和弹性。天然橡胶的主要成分是_________________。 10. 列举三种天然纤维_________________、_________________、_________________。 11. 复合材料通常由_________________和分散于其中的_________________组成的。列举一种复合材料________________________。
导热高分子材料研究进展
导热高分子复合材料的研究进展 摘要：主要介绍导热高分子复合材料的导热机理、开发及应用近况，结构型和填充型两类导热高分子复合材料的研究进展，并对进一步开发导热高分子复合材料提出展望和建议。 关键词：导热高分子导热机理本征型填充型复合材料 导热材料在各行业领域被广泛应用，可以说是最为常见的功能性材料之一。长期以来, 使用最多的导热材料为金属材料,但是随着科技日益发展需要,人们对导热材料提出了新的要求,希望材料具有优良的综合性能,如耐化学腐蚀、耐高温、优异的电绝缘性。传统的导热材料多为金属、金属氧化物以及非金属材料，其自身耐化学腐蚀性和电绝缘性差、加工成型成本高、力学性能不能满足实际需要等使其应用受到了限制。20世纪90年代发展起来的高分子材料，因其可被赋予优良的电绝缘性及良好的力学性能、耐化学腐蚀性和可靠的加工性能等，人们希望以高分子材料为基材制备新型导热材料。 而又由于大多数聚合物导热性能普遍较差，为了提高聚合物的热传导性能，可以制备具有结晶和高取向结构的聚合物材料，即合成本征型导热高分子材料；也可以向聚合物基体中添加导热填料来制备导热复合材料，即合成填充型导热高分子材料。制备结构型导热高分子材料加工工艺复杂，成本较高，且仅适用于少数聚合物，通常比较困难，但优点是可同时具备高导热性和其他优良性能；采用填充导热填料来制备导热高分子材料，制备工艺简单，投资成本低，缺点是要以牺牲力学及其它性能为代价，是目前制备导热高分子复合材料的主要方法。 1、导热机理 根据热动力学说，热是一种联系到分子、原子、电子等以及它们的组成部分的移动、转动和振动的能量。因此，物质的导热本身或机理就必然与组成物质的微观粒子的运动密切关联。不同状态的物质，其导热机理和导热能力都是不同的，然而所有的物质在所有的状态下，都是由物质内部微观粒子相互碰撞和传递的结果。大多数聚合物是饱和体系，无自由电子存在，分子运动困难，热传导主要是晶格振动的结果，声子是主要热能载荷者。。高分子自身的导热能力主要取决于结晶度、取向度、交联度、极性基团的数量和极性基团偶极化的程度, 另外也取决于分子内部的紧密结合程度。结晶高聚物的导热性与其结晶 度有关，增加聚合物的结晶度可提高其热导率。但由于聚合物链的无规缠结，使结晶度较低，有很大的非晶部分，因此，聚合物材料的导热性能更多地取决于含极性基团的多少和极性基团偶极化的程度。填充型导热高分子材料的热导率则主要取决于填料自身的导热能力、填料的形状、填充量、填料在基体中的分散程度和与基体界面的相互作用。 2、导热填料填充复合材料研究现状 导热填料主要分为两种:导热绝缘填料和导热非绝缘填料,前者主要用于电子元器件封装材料等对电绝缘性能有较高要求的场合, 后者则主要用于化工设备的换热器等对电绝缘性 能要求较低的场合。填料的类型、粒径大小及分布、填充量和填料与基体间的界面性能对复合材料的热导率都有影响。 2.1导热绝缘填料 导热绝缘填料主要有金属氧化物填料和金属氮化物填料。常见的金属氧化物填料如Al 2O 3、Zn O等, 与其他填料相比, 热导率不高, 但其价格较低, 来源广泛, 且具有优良的电