毛媛欣，范宏玥，刘燕
河北工程大学
导热高分子材料的研究与应用
毛媛欣，范宏玥，刘燕
河北工程大学
科学的发展是没有止境的，在这条人类不断探索前进的路上，高科技产品逐渐成为了人们生活和生产活动中的主角，导热高分子材料也是一种科学技术发展的成果，不但具有高效的导热性能，还可以通过调整成分和制备工艺满足其他性能需求，为此成为了研究领域的热点，本文将对导热高分子材料的研究现状进行总结，并探讨其在实践领域的应用前景。
导热；高分子；材料；研究；应用
一、前言
目前的导热材料应用越来越广泛，无论是日常生活中使用的电器和住宅设施，还是工业生产领域的各个环节都存在着导热材料。被人们所熟悉了解的导热材料是金属材料和无机材料。随着人类的发展，对导热材料也提出了新的要求，为此科学家们开发了高分子材料作为导热材料，不但具有优良的导热性能，同时还能够具有一定的绝缘性，受到了广泛关注。
二、导热高分子材料的导热原理
导热高分子材料能够实现较高的导热能力，可以媲美金属材料和无机材料的导热性能，但是从导热机理上分析，还是存在很大差异的。首先需要了解金属材料的导热是依靠金属材料内部的自由电子运动实现，当出现温差时，自由电子之间由于运动而产生能量交换，从而将热量传递。而无机材料则是依赖于声子来实现，声子就是无机材料内部的无规律排列分子或原子，通过声子热振动而将能量传递出去，大部分无机材料的导热性能小于金属层材料。接下来将是重点讨论的高分子材料。高分子材料之所以导热性能较差，主要是其内部的分子结构导致其缺少能够参与热量传递的有效载荷。多数高分子材料是由体积较大的基团或者分子链组成，这些结构在温度变化时振动较小，热量无法有效传递，并且由于高分子材料的复杂性受到了温度、压力、分子结构等影响，导致高分子材料种类繁多。高分子材料的声子振动情况极大依赖于温度因素，当温度发生变化时，高分子材料内部的分子链和晶体结构都会有所变化，这样就影响了晶体热振动情况，从而使导热性能发生变化。既然如此，那幺我们就可以利用高分子材料分子结构多变的特点，寻找能够填充到其分子结构内部而获得高导热性。高分子材料的导热程度还受到分子结合的紧密程度影响，可以通过对高分子材料的压缩或拉伸来改变其导热性能。
三、导热高分子材料的研究现状
通过对上述高分子材料提高导热性原理的分析结合现有研究可以发现，目前的导热高分析材料研究主要沿着填充的方式来增强其导热性能，将导热性能较好的填料作为填充主体，获得导热性能良好的高分子材料。现有最主要的填料有金属填料、无机材料填料和导电有机物填料，下面将对三个方面的研究现状进行详细描述：
1、金属填料的应用
最初的试验源于美国研究，实验者利用铝粉作为填充料加入到聚丙烯和酚醛树脂当中，结果获得了达到纯铝导热率80%的优质导热材料，而填料占比仅为18%～22%。在接下来的日本学者研究将铝粉加入到塑料当中，不但获得了较好的导热性能，还能够实现优质的机械性能，这样使得导热数量能够具有一定的抗冲击性能，应用领域极大拓宽。这些研究说明金属粉末有助于提高高分子材料的导热性，其他金属粉末如铜、银、锡、铁等都能够实现这种效果。
2、无机填料的应用
无机材料作为填料时首先应该考虑无机材料本身是否具有良好的导热性能，因此常用的无机材料为石墨、陶瓷、碳纤维等，其中学者们在研究中多数采用石墨作为填料，主要考虑到它具有的优良导热性能。在不同的研究者的研究结果中，无机材料的填充都能够有效提高高分子材料的导热率。
3、导电有机物的应用
这里所指的导电有机物主要包含聚乙炔、聚亚苯基硫醚等，它们的加入不仅仅能改善高分子材料的导热能力，还能够提高高分子材料的其他特性，如加工性能、物理特性等，当然也不需要担心由于导电有机物的加入带来的绝缘性下降。
四、当前导热高分子材料的应用实践
在化工等领域要求换热器能够适应较为恶略的使用条件，高温高压高腐蚀性，当然也需要具备换热器本身功能即良好的换热性能，目前大多数具有良好导热性能的材料都无法满足这一使用需求，使用寿命短，容易遭受到化学物质和水汽的腐蚀。导热高分子材料的存在就解决了这一问题，通过石墨填料改良后的高分子材料具有极强的分子结构稳定性，可以抵抗化学产品的腐蚀，另一方面由于石墨填料的而加入又能够具有优良的换热能力，因此受到业界的欢迎。
导热绝缘胶粘剂也是随着导热高分子材料的诞生而开发的产品，目前的电子技术应用中需要能够满足导热同时又能够绝缘的材料，因此可以通过对具有绝缘特性的高分子材料进行填充，实现其导热性能提高，迎合了现代化电子设备的需求。
导热节能胶粘剂也是一种新型产品，主要以导热性能良好的无机材料作为主要导热性能影响材料，高分子材料仍然作为粘接的主体，从而形成了这种导热性能优良，化学性能稳定的优质粘接剂，这种高分子制剂有效解决了现有粘接剂的缺点，并保留了原有的优点，具有较强的应用性能。
五、结论
通过本文的分析可以看出，目前导热高分子材料的研究工作已经具备一定的基础，科学工作者对于导热高分子材料的理论研究工作已经达到了能够应用的深度，在不同的工业领域这种高性能的导热高分子材料已经获得了认可和应用，在未来的研究中还将更加关注于对于导热高分子材料制作的填充材料开发，并对相关研究更加深化以推动导热高分子材料更加灵活的应用。
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范宏玥，河北工程大学，本科生，专业：复合材料与工程；
刘燕，河北工程大学，本科生，专业：复合材料与工程。
毛媛欣，河北工程大学，本科生，专业：复合材料与工程；
