导热填料是如何影响聚合物复合材料的导热性能的

目前，高导热聚合物材料发展和应用前景广阔，是一种功能材料，导热性能较好，在电机、电子封装、航空航天、军事领域都有应用。制备导热聚合物通常有两种方法：一是制备本征型导热聚合物材料，即通过化学方法聚合出具备特殊结构的新型材料，提高导热性能，此种方法工艺复杂、难度大、成本高、难以实现大规模生产；二是用高热导率的填料粒子对聚合物进行填充，制备填充型导热聚合物材料，这种方法工艺简单，成本较低，是目前提高聚合物材料导热性能的主要方法

导热填料的含量

在导热聚合物材料中，当填料含量较少时，粒子之间未能形成相互接触和作用，填料对体系的导热性能贡献不大，聚合物材料的热导率不理想；当填料的添加量达到某一临界值时，填料间接触增多，体系内形成了大量类似网状或链状结构形态，即导热网链，使得聚合物材料的热导率大大提高。

导热填料的尺寸

导热填料自身的导热性能与颗粒尺寸存在很大关系，对同一种填料而言，更细微粒径的填料具有更高的导热系数。这是因为对于同一种导热填料，粒径越小，越有利于其在聚合物内部的分散以及填料之间的相互接触，从而提高导热系数。对于多组分填料填充型导热复合材料来说，使用大小颗粒混合堆积能够提高材料的热导率，这是因为小颗粒能够进入大颗粒无法占据的空间，存在于大颗粒之间的间隙中，与大颗粒或小颗粒形成更紧密的堆积，这样填料之间可以形成更多的有效接触，导热网络更密集，材料的导热性能可以有效提高。

导热填料的形状

导热填料的形状也是影响导热材料热学性能的因素之一。常见的导热填料主要包括粒状、片状、纤维状等形态，当导热填料具有高比表面积和长径比时，在基体中更容易形成声子导热通道，有利于复合材料导热性能的提高。有研究表面，具有高比面积的晶须和片状填料对提高聚合物热导率更有效，纤维次之，粉体最差，是因为晶须和片状材料更容易形成导热通路。

导热填料的表面改性

大多数的导热填料与聚合物基体间的相容性较差，难以被树脂良好的浸润，导致填料在基体中分散性差，难以制得导热性能优异的复合材料。特别是一些纳米材料、由于表面能高，很容易发生团聚现象，在基体中分散不均，形成一些缺陷，声子在缺陷处的传递难以继续，导致复合材料的热导率没有提高。因此，通过对导热填料的表面改性提高粒子的分散性，改善聚合物与填料之间的界面，能够有效提高复合材料的热导率。

导热填料的引入方式

导热填料大多采用溶液混合、粉末共混法、熔体共混法等方式引入聚合物基体中，不同的引入方式会影响填料的分散状态。一般来说，熔体共混法制备的复合材料热导率效果最差，因为熔体共混法会损害填料如石墨、碳管的长径比；溶液混合法效果较好，能够制备分散均一的导热复合材料且保持填料的长径比；而粉末共混法是指将聚合物粉末与填料粉末一起先混合均匀，在进行成型制备复合材料的方法，通常这种方法能够制备出性能最好的复合材料，导热填料分散在基体颗粒之间，又不会损害填料的形态，很容易形成导热网络，从而制得高导热的复合材料。