導(dǎo)熱膠為何導(dǎo)熱
導(dǎo)熱膠重要由樹(shù)脂基體[EP(環(huán)氧樹(shù)脂)、有機(jī)硅和PU(聚氨酯)等]和導(dǎo)熱填料組成。導(dǎo)熱填料的種類(lèi)、用量、幾何形狀、粒徑、混雜填充和改性等對(duì)導(dǎo)熱膠之
導(dǎo)熱性能都有影響。
導(dǎo)熱膠的導(dǎo)熱原理:固體內(nèi)部導(dǎo)熱載體重要為電子、聲子(在介電體中,導(dǎo)熱是通過(guò)晶格的振動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的,晶格振動(dòng)的能量是量子化的,這種晶格振動(dòng)的量子稱(chēng)為聲子)。金屬內(nèi)部存在著大量的自由電子,通過(guò)電子間的相互碰撞可傳遞熱量;無(wú)機(jī)非金屬晶體通過(guò)排列整齊的晶粒熱振動(dòng)導(dǎo)熱,通常用聲子的概念來(lái)描述;由于非晶體可看成晶粒極細(xì)的晶體,故非晶體導(dǎo)熱也可用聲子的概念進(jìn)行分析,但其熱導(dǎo)率遠(yuǎn)低于晶體;大多數(shù)聚合物是飽和體系,無(wú)自由電子存在,因此,在膠粘劑中加入高導(dǎo)熱填料是提高其導(dǎo)熱性能的重要方法。導(dǎo)熱填料分散于樹(shù)脂基體中,彼此間相互接觸,形成導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò),使熱量可沿著導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)迅速傳遞,從而達(dá)到提高
膠粘劑熱導(dǎo)率的目的。
導(dǎo)熱膠一般有哪幾種形式
為了適合各種環(huán)境和要求,對(duì)可能出現(xiàn)的導(dǎo)熱問(wèn)題都有妥善的對(duì)策,導(dǎo)熱產(chǎn)品有非常多的細(xì)分類(lèi)型,這里不僅限于動(dòng)力鋰電池系統(tǒng)內(nèi)的應(yīng)用場(chǎng)景。
1)相變導(dǎo)熱絕緣材料利用基材的特性,在工作溫度中發(fā)生相變,從而使材料更加貼合接觸表面,同時(shí)也獲得了超低的熱阻,更加順暢的進(jìn)行熱量傳遞,可用于填充模組間隙,向模組外部傳遞熱量。
2)導(dǎo)熱導(dǎo)電襯墊
高導(dǎo)熱能力和低電阻的導(dǎo)熱材料,一般在電子電器內(nèi)部使用,其熱傳導(dǎo)能力和材料本身具備的柔韌性,很好的貼合了功率器件的散熱和安裝要求。
3)熱傳導(dǎo)膠帶用在發(fā)熱器件與散熱器之間的粘接,能同時(shí)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)熱、絕緣和固定的功能,能減小設(shè)備的體積,是降低設(shè)備成本的一項(xiàng)選擇。
4)導(dǎo)熱絕緣彈性橡膠良好的導(dǎo)熱能力和高等級(jí)的耐壓,符合目前電子行業(yè)對(duì)
導(dǎo)熱材料的需求,是替代硅脂導(dǎo)熱膏加云母片的二元散熱系統(tǒng)的最佳產(chǎn)品。該類(lèi)產(chǎn)品安裝便捷,利于自動(dòng)化生產(chǎn)和產(chǎn)品維護(hù),是極具工藝性和實(shí)用性的新型材料。
5)柔性導(dǎo)熱墊一種有較厚的導(dǎo)熱襯墊,專(zhuān)門(mén)為利用縫隙傳遞熱量的設(shè)計(jì)方法生產(chǎn),能夠填充縫隙,完成發(fā)熱部位與散熱部位的熱傳遞,同時(shí)還能起到減震、絕緣、密封等用途,這個(gè)就很適合電池模組內(nèi)部的應(yīng)用。6)導(dǎo)熱填充劑也可以作為導(dǎo)熱膠使用,不僅具有導(dǎo)熱的功效,也是粘接、密封灌封材料。通過(guò)對(duì)接觸面或罐狀體的填充,傳導(dǎo)發(fā)熱部件的熱量。圓柱電池模組是典型應(yīng)用了。
7)導(dǎo)熱絕緣灌封膠導(dǎo)熱絕緣灌封膠適用于對(duì)散熱性要求高的電子元器件的灌封。該膠固化后導(dǎo)熱性能好,絕緣性?xún)?yōu),電氣性能優(yōu)異,粘接性好,表面光澤性好。只是膠用量太大的話(huà),電池包能量密度會(huì)被拉低。
影響導(dǎo)熱膠性能的因素有什么
填充型膠粘劑的熱導(dǎo)率重要取決于樹(shù)脂基體、導(dǎo)熱填料及兩者形成的界面,而導(dǎo)熱填料的種類(lèi)、用量、粒徑、幾何形狀,混雜填充及表面改性等因素均會(huì)對(duì)膠粘劑的導(dǎo)熱性能出現(xiàn)影響。
1)導(dǎo)熱填料的種類(lèi)和用量
填料種類(lèi)和用量均會(huì)對(duì)膠粘劑熱導(dǎo)率出現(xiàn)影響。當(dāng)填料較少時(shí),填料被基體樹(shù)脂完全包裹,絕大多數(shù)填料粒子之間未能直接接觸;此時(shí),膠粘劑基體成為填料粒子之間的熱流障礙,抑制了填料聲子的傳遞,故不論添加何種填料都不能顯著提高膠粘劑的熱導(dǎo)率。隨著填料用量的新增,填料在基體中逐漸形成穩(wěn)定的導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò),此時(shí)熱導(dǎo)率迅速新增,并且填充高熱導(dǎo)率填料更加有利于提高膠粘劑的熱導(dǎo)率。然而,填料的熱導(dǎo)率過(guò)大也不利于體系熱導(dǎo)率的提高。研究表明:當(dāng)填料與基體樹(shù)脂的熱導(dǎo)率之比超過(guò)100時(shí),復(fù)合材料熱導(dǎo)率的提高并不顯著。
上一個(gè)研究實(shí)例中顯示的數(shù)據(jù),用以說(shuō)明填料的量與傳熱性能的關(guān)系。在膠粘劑中添加高導(dǎo)熱填料后,復(fù)合材料的熱導(dǎo)率隨填料用量新增而顯著提升。研究表明:當(dāng)w(人造金剛石SD)=20%(相關(guān)于環(huán)氧樹(shù)脂EP質(zhì)量而言)時(shí),熱導(dǎo)率為0.335W(/mK);當(dāng)w(SD)=50%時(shí),熱導(dǎo)率為1.07W(/mK),較純樹(shù)脂提高了3.5倍;當(dāng)w(SD)<20%時(shí),體系的熱導(dǎo)率緩慢新增;當(dāng)w(SD)>20%時(shí),體系的熱導(dǎo)率迅速上升。這是因?yàn)楫?dāng)w(SD)>20%時(shí),顆粒之間開(kāi)始相互接觸,逐漸形成導(dǎo)熱鏈;當(dāng)w(SD)=50%時(shí),顆粒之間大量接觸,形成導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò),故熱導(dǎo)率顯著提高。
2)導(dǎo)熱填料的粒徑和幾何形狀
當(dāng)填料用量相同時(shí),納米粒子比微米粒子更加有利于提高膠粘劑的熱導(dǎo)率。納米粒子的量子效應(yīng)使晶界數(shù)目新增,從而使比熱容增大且共價(jià)鍵變成金屬鍵,導(dǎo)熱由分子(或晶格)振動(dòng)變?yōu)樽杂呻娮觽鳠?,故納米粒子的熱導(dǎo)率相對(duì)更高;同時(shí),納米粒子的粒徑小、數(shù)量多,致使其比表面積較大,在基體中易形成有效的導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò),故有利于提高膠粘劑的熱導(dǎo)率。對(duì)微米粒子而言,填料用量相同時(shí)大粒徑的導(dǎo)熱填料比表面積較小,不易被膠粘劑包裹,故彼此連接的概率較大(更易形成有效的導(dǎo)熱通路),
有利于膠粘劑熱導(dǎo)率的提高。一個(gè)具體案例,研究表明:當(dāng)填料用量相同時(shí),含30nm的Al2O3體系之熱導(dǎo)率相對(duì)最高,含20μm的Al2O3體系之熱導(dǎo)率其次,而含2μm的Al2O3體系之熱導(dǎo)率相對(duì)最低。這是因?yàn)樘盍嫌昧肯嗤瑫r(shí),納米粒子的比表面積比微米粒子大,龐大的比表面積使之形成導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)的概率高于微米粒子;對(duì)20、2μm的Al2O3填充體系而言,較小粒徑具有較大的比表面積,與基體接觸的相界面更多,從而更容易被基體包裹,無(wú)法形成有效的導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò),故2μm的Al2O3填充體系之熱導(dǎo)率相對(duì)最低。
當(dāng)填料用量相同時(shí),不同幾何形狀的同種填料在基體中形成的導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)概率不同,較大長(zhǎng)徑比的導(dǎo)熱填料更易形成導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò),從而更加有利于提高基體的熱導(dǎo)率。上數(shù)字,研究表明:當(dāng)φ(納米級(jí)銀線(xiàn))=26%(相關(guān)于環(huán)氧樹(shù)脂EP膠粘劑體積而言)時(shí)達(dá)到滲流閾值,熱導(dǎo)率從5.66W(/mK)增至10.76W(/mK);當(dāng)φ(納米級(jí)銀棒)=28%、φ(納米級(jí)銀塊)=38%時(shí)達(dá)到滲流閾值;長(zhǎng)徑比越大滲流閾值越小。與銀棒和銀塊相比,長(zhǎng)徑比大的銀線(xiàn)由于其取向性使樹(shù)脂體系內(nèi)形成導(dǎo)熱網(wǎng)鏈的概率新增,填料較少時(shí)即可達(dá)到較高的熱導(dǎo)率。
3)導(dǎo)熱填料的混雜填充
與單一粒徑的填料填充體系相比,不同粒徑大小、同種填料的混雜填充更加有利于提高膠粘劑的熱導(dǎo)率。同種填料不同形態(tài)的混雜填充比單一球形填料填充更易獲得高熱導(dǎo)率的膠粘劑。不同種類(lèi)的填料在適當(dāng)配比時(shí),混雜填充亦優(yōu)于單一種類(lèi)填料填充。這歸因于上述混雜填充均較易形成緊密堆積結(jié)構(gòu),而且混雜填充時(shí)高長(zhǎng)徑比粒子易在球形顆粒間起到架橋用途,從而減小了接觸熱阻,進(jìn)而使體系具有相對(duì)更高的熱導(dǎo)率。研究表明:當(dāng)w(AlN)=80%(相關(guān)于硅橡膠質(zhì)量而言)、粒徑分別為15、5μm時(shí),體系的熱導(dǎo)率分別為1.83、1.54W(/mK);在保證AlN總用量不變、兩種粒徑的顆
粒質(zhì)量比為1∶1時(shí),體系的熱導(dǎo)率為1.85W(/mK)。大小粒徑摻雜比單一粒徑的熱導(dǎo)率高,這是因?yàn)榇笮×綋诫s時(shí),小粒徑的顆粒更易填充至大粒徑顆粒的空隙中(致密度增大),使顆粒之間的接觸更加緊密,填料在基體內(nèi)部的排列密度提高(減小了接觸熱阻),進(jìn)而新增了體系的熱導(dǎo)率。
4)導(dǎo)熱填料的表面改性
無(wú)機(jī)粒子和樹(shù)脂基體界面間存在極性差異,致使兩者相容性較差,故填料在樹(shù)脂基體中易聚集成團(tuán)(不易分散)。另外,無(wú)機(jī)粒子較大的表面張力使其表面較難被樹(shù)脂基體所潤(rùn)濕,相界面間存在空隙及缺陷,從而增大了界面熱阻。因此,對(duì)無(wú)機(jī)填料粒子表面進(jìn)行修飾,可改善其分散性、減少界面缺陷、增強(qiáng)界面粘接強(qiáng)度、抑制聲子在界面處的散射和增大聲子的傳播自由程,從而有利于提高體系的熱導(dǎo)率。
永諾新實(shí)業(yè)是一家研發(fā)、生產(chǎn)、銷(xiāo)售的服務(wù)供應(yīng)商,我公司生產(chǎn)的膠粘系列廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)、電子等行業(yè),并可提供專(zhuān)業(yè)的技術(shù)指導(dǎo)。如各類(lèi)電子、電器、汽車(chē)、運(yùn)動(dòng)器材、精密儀器、塑膠、橡膠、燈具等行業(yè);膠粘劑如UL環(huán)保類(lèi)黃膠、白膠、硅膠、灌封膠(AB膠);厭氧膠(缺氧膠)、螺絲固定劑、散熱膏(導(dǎo)熱硅脂)、導(dǎo)熱膠、披覆膠(三防漆)、結(jié)構(gòu)膠、快干膠等;公司的宗旨是為客戶(hù)提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本; 并可根據(jù)客戶(hù)的特殊要求開(kāi)發(fā)研制;歡迎你的來(lái)人及來(lái)電,在這里,你將會(huì)找到你滿(mǎn)意的產(chǎn)品;我們將以誠(chéng)意來(lái)為你提供服務(wù),與你共同打造更輝煌的未來(lái)!
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