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导热胶原理及填料介绍：一文读懂热门产品——高导热胶黏剂（一）

随着科技的进步与发展，当代的电子信息产业迅速发展，人们对于电子设备功率的要求在不断提高。快速有效的散热能力和电子电器冷却系统的升级成为现代制备微型化电子产品的关键。

导热胶相较于传统的导热介质如金属、金属氧化物及部分非金属材料等，具有应用广泛，适合大规模生产，长效稳定可靠等优点。

导热胶主要由树脂基体（环氧树脂、有机硅和聚氨酯等）和导热填料组成。导热胶的热导率主要取决于树脂基体、导热填料及两者形成的界面。

而导热填料的种类、用量、粒径、几何形状，混杂填充及表面改性等因素均会对胶粘剂的导热性能产生影响。

本文带大家详细了解一下影响导热胶导热率的关键因素。

基体对导热胶性能的影响

导热胶的基体主要分为：环氧树脂灌封胶、有机硅橡胶、聚氨酯灌封胶，三者各有长短：

01

环氧树脂

优点：

对材质的粘接力较好以及较好的绝缘性，固化物耐酸碱性能好，具有较好的透光性，价格相对便宜；

缺点：

抗冷热变化能力弱，受到冷热冲击后容易产生裂缝，防潮能力差；固化后胶体硬度较高且较脆，无法打开，因此产品为“终身”产品，无法实现元器件的更换；光照或高温条件下易产生黄变。

02

有机硅橡胶

优点：

材质较软，能够消除大多数的机械应力并起到减震保护效果。物理化学性质稳定，具备较好的耐高低温性、优异的耐候性、电气性能和绝缘能力；具有返修能力。

缺点：

粘结性能稍差。

03

聚氨酯

优点：

具有较为优异的耐低温性能，材质稍软，对一般灌封材质均具备较好的粘结性；具备较好的防水防潮、绝缘性。

缺点：

耐高温能力差且容易起泡，必须采用真空脱泡；固化后胶体表面不平滑且韧性较差，抗老化能力、抗震和紫外线都很弱、胶体容易变色。

综合来看，有机硅由于具备诸多优异性能，因此成为敏感电路和电子器件灌封保护的较佳灌封材料，不过它的成本也是三者之中最高的。

而动力电池在利润率上比电子通讯等行业低很多，而且单台电池包里导热胶的使用量又特别大，因此只能想尽办法在性能达标的基础上，降低的导热材料成本，最终反而是成本最低的聚氨酯导热胶受到了欢迎。

填料对导热胶性能的影响

01

导热填料种类和用量

不同的填料导热效果和优越点不尽相同；

目前常用的导热填料有金属材料（Fe、Mg、Al、Cu、Ag）、碳基材料（碳纳米管、石墨烯、石墨）、氧化物（Al2O3、ZnO、BeO、SiO2）、氮化物（AlN、BN、Si3N4）。其中氧化硅、氧化铝具有优良的电绝缘性能，而且价格低廉，得到了广泛使用。氮化物绝缘材料中氮化硅、氮化硼由于热导率高、热膨胀系数低等优点，成为人们研究的热点，但价格较昂贵。

具体优缺点可以点击链接阅读往期文章“一文读懂热门产品——高导热胶黏剂（一）”

填料用量也会对胶粘剂热导率产生影响。

当填料较少时，填料被基体树脂完全包裹，绝大多数填料粒子之间未能直接接触，此时基体成为填料粒子之间的热流障碍，抑制了填料声子的传递。

随着填料用量的增加，填料在基体中逐渐形成稳定的导热网络，此时热导率迅速增加，并且填充高热导率填料更有利于提高胶粘剂的热导率。然而，填料的热导率过大也不利于体系热导率的提高。研究表明：当填料与基体树脂的热导率之比超过时，复合材料热导率的提高并不显著。

02

导热填料的粒径和几何形状

当填料用量相同时，纳米粒子比微米粒子更有利于提高胶粘剂的热导率。

纳米粒子的量子效应使晶界数目增加，从而使比热容增大且共价键变成金属键，导热由分子（或晶格）振动变为自由电子传热，故纳米粒子的热导率相对更高；同时，纳米粒子的粒径小、数量多，致使其比表面积较大，在基体中易形成有效的导热网络，故有利于提高胶粘剂的热导率。

对微米粒子而言，填料用量相同时，更大粒径的导热填料导热率更高。

大粒径导热填料比表面积较小，不易被胶粘剂包裹，故彼此连接的概率较大（更易形成有效的导热通路），有利于胶粘剂热导率的提高，如20和2μm的Al2O3填充体系相比，前者热导率更高。

03

导热填料的混杂填充

与单一粒径的填料填充体系相比，不同粒径大小、同种填料的混杂填充更有利于提高胶粘剂的热导率。

同种填料不同形态的混杂填充比单一球形填料填充更易获得高热导率的胶粘剂。不同种类的填料在适当配比时，混杂填充亦优于单一种类填料填充。这归因于上述混杂填充均较易形成紧密堆积结构，而且混杂填充时高长径比粒子易在球形颗粒间起到架桥作用，从而减小了接触热阻，进而使体系具有相对更高的热导率。

04

导热填料的表面改性

无机粒子和树脂基体界面间存在极性差异，致使两者相容性较差，故填料在树脂基体中易聚集成团。另外，无机粒子较大的表面张力使其表面较难被树脂基体所润湿，相界面间存在空隙及缺陷，从而增大了界面热阻。因此，对无机填料粒子表面进行修饰，可改善其分散性、减少界面缺陷、增强界面粘接强度、抑制声子在界面处的散射和增大声子的传播自由程，从而有利于提高体系的热导率。点击下方链接，

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