本松新材高導(dǎo)熱尼龍基復(fù)合材料通過(guò)科技成果
發(fā)布時(shí)間：2021/07/03 發(fā)布作者：
2021年，杭州本松新材料技術(shù)股份有限公司歷經(jīng)數(shù)年開(kāi)發(fā)的高導(dǎo)熱尼龍基復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)化及應(yīng)用技術(shù)，通過(guò)了中國(guó)輕工業(yè)聯(lián)合會(huì)科學(xué)技術(shù)成果鑒定，經(jīng)專(zhuān)家鑒定，相關(guān)技術(shù)處國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平，產(chǎn)品核心指標(biāo)達(dá)國(guó)際先進(jìn)水平。本松新材利用配方設(shè)計(jì)，通過(guò)優(yōu)化雙螺桿擠出機(jī)螺桿組合的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，攻克了無(wú)機(jī)填料超高填充無(wú)法擠出造粒的技術(shù)難題，制備的PA6導(dǎo)熱復(fù)合材料兼具優(yōu)良的導(dǎo)熱性能（導(dǎo)熱系數(shù)≥8W/m?K）和力學(xué)性能（拉伸強(qiáng)度≥70MPa、彎曲強(qiáng)度≥76MPa），領(lǐng)先于國(guó)內(nèi)外同類(lèi)產(chǎn)品（當(dāng)前，國(guó)際上代表性導(dǎo)熱塑料的導(dǎo)熱系數(shù)最高能做到5~6W/m?K），正逐步應(yīng)用于LED照明、通訊電子、航空航天、5G基站、安防等領(lǐng)域。
讓我們一起走進(jìn)導(dǎo)熱材料
導(dǎo)熱材料的發(fā)展
塑料自19世紀(jì)60年代問(wèn)世以來(lái)，由于有著種類(lèi)多，特性突出，質(zhì)輕，價(jià)廉，易加工等優(yōu)點(diǎn)，逐漸取代了木材、陶瓷、象牙、金屬等材料，越來(lái)越多的進(jìn)入到人們的生產(chǎn)生活中。但受其結(jié)構(gòu)特性限制，塑料的導(dǎo)熱系數(shù)普遍只有0.2W/m·K左右，所以一直以來(lái)塑料多用在絕熱領(lǐng)域，直到近年來(lái)隨著導(dǎo)熱塑料的涌現(xiàn)才開(kāi)始在散熱領(lǐng)域有所突破。
導(dǎo)熱塑料種類(lèi)
目前提高塑料導(dǎo)熱性能的途徑有兩種：一種是通過(guò)改變分子和鏈節(jié)結(jié)構(gòu)，或者通過(guò)外力的作用改變分子和分子鏈的排列來(lái)獲得特殊物理結(jié)構(gòu)，從而提高材料的導(dǎo)熱性能。這種方法成本高，方法復(fù)雜，所以并不常用。第二種也是現(xiàn)今采用最廣泛的制備導(dǎo)熱塑料的方法是通過(guò)高導(dǎo)熱材料對(duì)聚合物進(jìn)行填充，制備導(dǎo)熱填料/聚合物復(fù)合材料。
常見(jiàn)填料導(dǎo)熱系數(shù)
材料 | 導(dǎo)熱系數(shù)（W/m·K） | 材料 | 導(dǎo)熱系數(shù)（W/m·K） |
Ca | 380 | CaO | 15 |
Mg | 103 | MgO | 36 |
Fe | 63 | SiO2 | 10 |
Cu | 398 | SiC | 270 |
Al | 219 | Al2O3 | 30 |
BN | 125 | AlN | 320 |
石墨 | 120 | 金剛石 | 3500 |
填充型導(dǎo)熱塑料機(jī)理
以上這類(lèi)導(dǎo)熱填料在填充到聚合物基體中，通過(guò)微粒與微粒間的接觸會(huì)形成一個(gè)三維網(wǎng)絡(luò)，熱量就可以沿著網(wǎng)絡(luò)快速傳遞。這一特性決定了填充型導(dǎo)熱塑料必須加入大量填料才能形成導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)而顯示出良好的導(dǎo)熱性能，但與此同時(shí)，大量填料的加入也導(dǎo)致了導(dǎo)熱塑料的力學(xué)性能降低和擠出生產(chǎn)加工困難等問(wèn)題。所以目前填充型導(dǎo)熱塑料大量的研究工作聚焦于較少損失力學(xué)性能的情況下提升材料的熱導(dǎo)率，尋求力學(xué)性能和導(dǎo)熱性能的平衡。
導(dǎo)熱塑料和鋁對(duì)比的優(yōu)勢(shì)
目前大多數(shù)熱管理系統(tǒng)都采用鋁制散熱器，但導(dǎo)熱塑料在成本、重量、環(huán)保等方面有著巨大的優(yōu)勢(shì)。如下表兩者的對(duì)比：
鋁 | 導(dǎo)熱塑料 | |
密度 | 2.7g/mm3 | 1.2-2.0g/mm3 |
加工 | 能耗高 | 能耗低 |
設(shè)計(jì) | 無(wú)法做出復(fù)雜結(jié)構(gòu) 可以做支撐結(jié)構(gòu) | 設(shè)計(jì)自由度較高 受限于力學(xué)性能無(wú)法做支撐結(jié)構(gòu) |
后處理 | 后處理繁雜 處理過(guò)程有污染 | 無(wú)需后處理，環(huán)保 |
散熱 | 導(dǎo)熱能力高 熱輻射系數(shù)低 | 導(dǎo)熱能力低 熱輻射系數(shù)高 |
安全 | 非絕緣，需隔離啟動(dòng) | 絕緣/非絕緣不同類(lèi)型 |
成本 | 綜合成本高 | 綜合成本較鋁低30% |
塑料散熱器的主要優(yōu)勢(shì)在于低密度及可注塑性，后處理程序簡(jiǎn)單使得整體制造成本下降。此外，導(dǎo)熱塑料還可以與鋁材相互結(jié)合，以塑包鋁的形式進(jìn)一步提升導(dǎo)熱能力，得到低成本、強(qiáng)散熱的復(fù)合結(jié)構(gòu)散熱器。相信隨著技術(shù)的發(fā)展會(huì)制備出性能更好的導(dǎo)熱塑料，應(yīng)用到LED照明、通訊電子、航空航天、5G基站、安防等領(lǐng)域。
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