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優(yōu)化氧化鋁導熱粉體形態(tài)、粒徑與搭配工藝的影響

東超 2024-07-02 | 閱讀：590

氧化鋁導熱粉體因其廣泛來源和低成本，在聚合物基體中填充量較大，具有很高的性價比，因此成為制造導熱硅膠墊片最常用的導熱粉體。氧化鋁的形態(tài)有球形、角形、類球形等，不同的形態(tài)對熱界面材料的加工性能、應用性能、成本等有不同影響。此外，不同粒徑的影響也會在體系中形成一定的孔隙，影響導熱界面材料的導熱系數(shù)。本文將從以下幾個方面探討不同形態(tài)、不同粒徑的氧化鋁導熱粉體的搭配工藝，為制備高導熱硅膠墊片提供參考。

1. 在相同粒徑和添加量下，不同形態(tài)氧化鋁導熱粉體對導熱硅膠墊片加工性能的影響

選取5μm和45μm的球形、類球形和角形氧化鋁，在添加量為75%下測試其對導熱硅膠墊片加工粘度的影響。結(jié)果顯示，相同粒徑下，球形氧化鋁的加工粘度最小，而角形氧化鋁的加工粘度最大；相同形態(tài)下，粒徑越大，加工粘度越低。這主要是因為球形氧化鋁表面能較小，球的表面流動性更好，與基體攪拌成膜更均勻，因此體系粘度更低。而角形氧化鋁形態(tài)不規(guī)則，其顆粒表面能大，顆粒之間更易粘附，導致粘度更大。在相同形態(tài)下，粒徑越大，吸油值越小。

2. 在相同粒徑和不同形態(tài)下，不同添加量氧化鋁導熱粉體對導熱硅膠墊片導熱性能的影響

選取45μm的類球形、球形和角形氧化鋁，分別在75%、80%、85%的添加量下測試對導熱硅膠墊片導熱系數(shù)的影響。結(jié)果顯示，在相同添加量下，75%添加量時，角形氧化鋁制備的導熱硅膠墊片導熱系數(shù)較高。而在80%和85%的添加量下，類球形氧化鋁制備的導熱硅膠墊片導熱系數(shù)較高。隨著添加量的增加，三種形態(tài)氧化鋁制備的墊片導熱系數(shù)不斷升高。由于角形氧化鋁比表面積大，形成的導熱網(wǎng)絡更多，因此導熱效果較好。而類球形氧化鋁由于單晶顆粒、轉(zhuǎn)化率高、顆粒表面光滑，導熱系數(shù)最高。盡管球形氧化鋁球形度好，但轉(zhuǎn)化率較低且顆粒表面粗糙，導致導熱系數(shù)較低。

3. 在相同形態(tài)和不同添加量下，氧化鋁導熱粉體在不同復配比例下對導熱硅膠墊片導熱性能的影響

考慮最佳性價比和粉體顆粒堆積原理，選取45μm球形氧化鋁、45μm類球形氧化鋁和5μm角形氧化鋁以2：2：1、2：1：1、1：2：1、1：1：1的比例復配，分別在80%、85%、90%的添加量下測試對導熱硅膠墊片導熱系數(shù)的影響。結(jié)果顯示，在相同復配比例下，隨著添加量的增加，四種復配粉體填充的墊片導熱系數(shù)不斷增加。這是由于隨著粉體添加量的增加，顆粒之間的接觸點越多，逐漸形成致密的導熱網(wǎng)絡，因此導熱系數(shù)增加。另外，由于類球形氧化鋁的轉(zhuǎn)化率高，導熱系數(shù)高，因此其比例較大，導熱硅膠墊片導熱系數(shù)的提升越明顯。

4. 在相同添加量和不同復配比例下，復配氧化鋁導熱粉體堆積性能的影響

選取45μm球形氧化鋁、45μm類球形氧化鋁和5μm角形氧化鋁以2：2：1、2：1：1、1：2：1、1：1：1的比例復配。結(jié)果顯示，當球形氧化鋁、類球形氧化鋁與角形氧化鋁的比例為1：2：1時，堆積密度最大。這是因為顆粒之間的縫隙被相互填充，空隙小，密度大。

氧化鋁導熱粉體因其良好的導熱性能、電絕緣性、高硬度、強耐熱性和優(yōu)良耐磨性等優(yōu)點，被廣泛用作硅橡膠、橡膠、塑料、陶瓷、耐火材料等的填料。然而，為了得到廣泛應用，氧化鋁導熱粉體需要進行表面改性。

氧化鋁導熱粉體為什么要改性？

氧化鋁導熱粉體表面極性高，與高分子材料相容性差，在樹脂基體中很難分散均勻，加工難度增大，無法實現(xiàn)大量填充。此外，氧化鋁顆粒與樹脂表面張力差異導致高分子基體很難潤濕顆粒表面，使得二者界面處存在空氣間隙，界面熱阻增加，使得復合材料的力學性能和導熱性能等無法達到預期目標。

因此，必須對氧化鋁導熱粉體進行表面處理，降低顆粒之間團聚作用，改善導熱粉體與樹脂基體之間的相容性，提高粉體在樹脂基體中的分散性和

制作高導熱效率的導熱硅膠墊片，關(guān)鍵在于選擇合適的導熱粉末原料、確定粉體的形態(tài)和粒徑分布，這是一個多步驟的過程。東超新材在氧化鋁和氫氧化鋁等領域擁有超過十年的應用研究經(jīng)驗，能夠根據(jù)客戶的具體產(chǎn)品規(guī)格、制造工藝和應用需求，提供定制化的導熱和阻燃高分子材料解決方案。

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