氧化鋁在導熱絕緣工業(yè)中的應用

1 填料的導熱機理

高分子材料本身的熱傳導系數(shù)比較小．所以填充型高分子復合材料導熱性能主要依賴于填充物的導熱系數(shù)、填充物在基體中的分布以及與基體的相互作用。填料用量較小時。填料雖均勻分散于樹脂中。但彼此間未能形成相互接觸和相互作用，導熱性提高不大；填料用量提高到某一臨界值時，填料間形成接觸和相互作用，體系內形成了類似網狀或鏈狀結構形態(tài)，即形成導熱網鏈。當導熱網鏈的取向與熱流方向一致時，材料導熱性能提高很快；體系中在熱流方向上未形成導熱網鏈時，會造成熱流方向上熱阻很大。導致材料導熱性能很差。制造具有優(yōu)良綜合性能的導熱材料一般有兩種途徑：一種是合成具有高熱導率的結構聚合物；另一種是在聚合物中填充高導熱性的填料。后者比較常見。一般都是用高導熱性的金屬或無機填料對高分子材料進行填充。氧化鋁通常作為填料應用于絕緣導熱高分子復合材料。

2 氧化鋁的形態(tài)及表面處理

2．1 氧化鋁作為導熱絕緣材料的特點

具有導熱電絕緣性能的填料很少．常見的幾種及其熱導率分別見表1。實驗研究證明，當填料與基體熱導率之比大于100時。提高填料導熱系數(shù)已意義不大。這就意味著應用電絕緣填料如AlzO3，、MgO、BeO、A1N等可制備具有較高導熱性能的電絕緣復合材料。與其他填料相比，氧化鋁，的導熱率不高，但是其價格較低，來源較廣，填充量較大，常用作絕緣導熱聚合物的填料。氧化鋁，通常單獨使用或與其他填料昆合使用。

3 氧化鋁在導熱絕緣材料中的應用

氧化鋁常用作絕緣導熱聚合物的填料，廣泛應用于導熱塑料、導熱橡膠、導熱粘合劑、導熱涂料。

3．1 導熱塑料

麥堪成等研究表明加人氧化鋁使聚丙烯(PP)的導熱系數(shù)提高，且AlzO3／PP復合材料的導熱系數(shù)隨氧化鋁用量增加而提高。加入第3組分Cu、ZnO、A1和石墨，進一步提高氧化鋁復合材料的導熱系數(shù)。用接枝PP作為基體的復合材料導熱性能比PP的高，但接枝PP與PP共混物作為基體的復合材料的導熱系數(shù)反而低于PP的導熱數(shù)。

3．2 導熱橡膠

汪倩等人研究了氧化鋁、SiC兩類導熱填料以及填料的粒徑分布對室溫硫化硅橡膠和硅酯的導熱性能和粘度的影響。結果發(fā)現(xiàn)選用不同粒徑的SiC和氧化鋁，導熱填料對體系填充可得到高導熱性室溫硫化硅橡膠和硅酯，且工藝性能良好。潘大海等以聚二甲基硅氧烷為基礎膠，以氮化硅、氮化鋁和氧化鋁，為導熱填料，制備了填充型雙組分室溫硫化(RTV一2)導熱硅橡膠。研究了填料氮化硅／氧化鋁或氮化鋁／氧化鋁并用對RTV一2硅橡膠導熱性能、加工性能及力學性能的影響。結果表明，當填料的總體積分數(shù)為45％時 對于氮化硅／氧化鋁填充體系，隨著體系中氧化鋁體積分數(shù)的增加，RTV一2導熱硅橡膠的熱導率先升后降，拉伸強度先增后減，而斷裂伸長率則呈逐漸升高的趨勢，基料的黏度先減后增。Wang等用不同粒徑的A120，與SiC并用，在室溫下填充硅橡膠，填料總量為55份時，混煉膠具有較低的黏度，硫化后硅橡膠的熱導率為1．48 W／(m·K)。另外，加大填料的用量且控制其粒徑分布．可制得熱導率為2 W／(m-K)的室溫硫化硅橡膠。

唐明明021在研究中發(fā)現(xiàn)隨著微米氧化鋁填充份數(shù)的增加，SBR的熱導率增大，但其加工性能和物理力學性能下降；用硅烷偶聯(lián)劑KH一570，KH一550，A一151和鈦酸酯偶聯(lián)劑TM—S105處理后的微米A1 0，填充劑對導熱橡膠的導熱性能的影響不顯著；在相同填充量下，采用納米A1203 填充比用微米Al203，填充的導熱橡膠具有更好導熱性能和物理力學性能；在合適的比例下，納米氧化鋁與微米氧化鋁混合填充的導熱橡膠其導熱效果優(yōu)于單純使用微米粒子填充的橡膠。張立群[131等人系統(tǒng)研究了不銹鋼短纖維、片狀石墨、短碳纖維、鋁粉、Al20，粉等5種導熱填料對天然橡膠(NR1為基質的復合材料的靜態(tài)導熱性能、動態(tài)溫升、物理力學性能的影響。結果表明氧化鋁可以明顯提高NR的靜態(tài)導熱系數(shù)，并且用量越高，導熱系數(shù)越大。氧化鋁填充的NR動態(tài)溫升仍高于對比膠料，且實驗時間越長．溫升越高。

3-3 導熱絕緣涂料

周文英l以環(huán)氧改性有機硅樹脂為基體，氮化硅、氧化鋁混合填料為導熱粒子制備了導熱絕緣涂料。在4O％總填料用量及氧化鋁占總用量的2O％時，涂層獲得*大熱導率1．25 W／(m·K)，此用量下拉仲性能及斷裂延伸率下降，室溫附著力達572．2 N／cm ．涂層介電常數(shù)5．7．體積和表面電阻率分別為3x10 Q·cm和4．3x10 Q，涂層可長期在200℃下使用，顯示出良好的電絕緣性。與不使用導熱填料的環(huán)氧改性有機硅樹脂涂層相比具有較高的傳熱能力。

3．4 絕緣導熱膠粘劑

張曉輝等分別用SiC、A1N、A1 0 填充環(huán)氧膠粘劑．發(fā)現(xiàn)填料份數(shù)存在一臨界點，將臨界點歸因于材料內部有效導熱網絡的建立。由于SiC價格低，熱導率高，填充份數(shù)為53．9％時，熱導率為4．234 W／(m·K)，力學性能較好。王鐵如等將Al203、BN加入到環(huán)氧樹脂中制成導熱絕緣膠。章文捷等研究了A1 0，、A1N混合填充的有機硅灌封料，制得了熱導率達O．89 W／(m·K)的灌封料。周文等以增韌的酚醛環(huán)氧樹脂為基體樹脂．以1：4：3質量比組成的A1N、B4C、A120 混雜粒子為導熱填料，制備了一新型絕緣導熱膠粘劑。發(fā)現(xiàn)填料

用量為40％時膠粘劑的熱導率為0．99 W／(m·K)．熱阻為O．7O℃／W，介電常數(shù)6，體積電阻率4．6×

1O Q·cm，擊穿電壓達12 kV／mm，20 ℃，200℃．250 ℃下的剪切強度分別為13．0 MPa．10．0 MPa．

5．65 MPa。研究結果表明該膠具備良好的電絕緣及力學性能，可以長期在150 oc下使用，與不加導熱填料的相同膠粘劑相比，具有良好的導熱能力。譚茂林用氧化鋁，填充有機硅改性環(huán)氧樹脂測得100 ℃時的導熱系數(shù)為O．64 W/(m．K)

4 結語

氧化鋁常用作絕緣導熱聚合物的填料，廣泛應用于導熱塑料、導熱橡膠、導熱粘合劑、導熱涂料．但納米氧化鋁的應用報道不多。唐明明發(fā)現(xiàn)在相同填充量下，采用納米氧化鋁，填充比用微米氧化鋁，填充的導熱橡膠具有更好導熱性能和物理力學性能。隨著納米復合技術的發(fā)展，可以預見納米氧化鋁，的研究、納米氧化鋁與聚合物基體復合新技術的開發(fā)和應用等將成為今后的研究方向。