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提高LED导热塑料导热性能的三个方面

发布时间:2017-06-01 15:37:03  浏览次数:

随着工业与科技的发展,一些领域对材料的导热性要求非常高,如:换热工程、电磁屏蔽、电子信息等,对LED导热塑料材料提出了更高要求,希望材料具有优良的综合性能。

  在电子电气领域,随集成技术和组装技术的迅速发展,电子元件、逻辑电路的体积成千倍万倍地缩小,迫切需要高散热封装绝缘塑料,因此传统导热材料受限无法满足工业和科技发展需求,LED导热塑料因其优良的综合性能越来越受到重视,其应用领域不断拓展,LED导热塑料的发展前景颇为乐观。

  填充材料和成型工艺对塑料导热性能的影响甚大,因此提高LED导热塑料导热性能可从以下三方面着手:第一,开发新型导热填料;第二,对填料粒子表面进行改性处理;第三,成型工艺条件选择及优化。

  从定义看,复合高分子材料中粒子大小可以认为不影响热导率。实际上,粒子尺寸为数微米以上时,热导率不受粒子直径的影响,但是,粉体领域的粒子直径,即粒子直径在数微米以下时,热导率随着粒子直径变小而增加。这是由于粒子分散状态变化,易产生二次凝聚而形成粒子连续体,而使热导率增大。换言之,这种效果是因不同分散状态而影响热导率的。例如,分散粒子Al2O3的粒径为1μm以下时,热导率就会变大。

  另外,粒子形状也极大影响热导率。特别是,使用纤维状填充粒子,如碳纤维复合聚乙烯时,对于纤维长度与纤维直径的比(L/D)越大,则热导率大大增大。纤维无规取向的复合材料的热导率随纤维长度的增加而增加纤维与热流方向垂直取向的复合材料,完全与纤维长度无关。填料形状有粒状、片状、球状和纤维状等,对复合材料导热性有影响;与填充石墨粉的PP板厚度方向的热导率相比,面方向的热导率要高得多。填料用量,必须达到一定的量,即某一临界值以形成相互接触,才能发挥导热的最大效应;分散状况最好是网状或链状,形成导热网链,以减小热流方向上的热阻。实用上几乎均是通过高填充来实现塑料高热导性。

  传统热导性高分子材料大多采用高热导性填充剂氮化硼、石墨、铜、铝等,高填充[50(体积 %),已经因高黏度而不适用注射成型]的PPS的热导率最高也就能达2.6 W/m·K,用低熔点合金复合化1.5 W/m·K的组分A,热导率可提升到13.9 W/m·K;进一步增量低熔点合金、热导性填充材料时,热导率更飞跃到28.5 W/m·K这种复合高分子材料因可减少热导性填充材料用量,所以可使注射成型变得容易这样,低熔点合金通过网络结构筑起热传导的通路,可获得高的热导率。

  LED导热塑料的制备方法有两种:一是合成具有高导热系数的结构塑料。如具有良好导热性能的聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯等,它们主要通过电子导热机制实现导热;或是获得具有完整结晶性、通过声子实现导热的塑料,如平行高倍拉伸高密度聚乙烯(PE-HD),它在室温被拉伸25倍时,平行于分子链方向的导热系数可达13.4W/m·K,完整结晶高度取向的塑料虽然有良好的导热性能,但制造工艺复杂;二是用高导热填料对塑料进行填充以得到LED导热塑料,其价格低廉、易加工成型,经过适当的工艺处理可以应用于某些专门领域。这是当前主流。

  LED导热塑料的优势非常明显:散热均匀,避免灼热点:减少零件因高温造成的变形,从而提高力学性能,如强度、硬挺度;质轻,仅为铝材的60 %-50 %,可减少装置的震动,提高稳定性;可进行多种基础树脂的选择,如PA、LCP,也可采用低成本树脂,如PP、PE等;成型加工方便,可用通常塑料成型工艺加工,适于大批量生产;热膨胀系数低;成型收缩率低;工作温度低,提高制件和装置的寿命;可提高设计自由度。

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