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隨著電子產(chǎn)品越來越走向精細(xì)化,占地面積越來越小的電子組件設(shè)計(jì)日益復(fù)雜,散熱也變得越來越重要。新開發(fā)的導(dǎo)熱型填料,如硅酸鋁,有助于用于電子產(chǎn)品的塑料滿足要求。
用各種金屬和金屬制冷部件進(jìn)行散熱是人們所熟悉的方式。電子行業(yè)常用鋁散熱片和金屬外殼進(jìn)行被動(dòng)和主動(dòng)冷卻。在這兩種情況下,不可避免地會(huì)產(chǎn)生制造成本高企不下。所需的幾何形狀越復(fù)雜,制造冷卻部件的難度越大。直接大規(guī)模生產(chǎn)復(fù)雜的零部件,如采用熱塑性塑料和熱固性塑料加工用的注塑成型方式,又不適用于金屬。另外,所有金屬都有非常好的導(dǎo)電性,如果某些應(yīng)用不歡迎這種導(dǎo)電性,就必須采取絕緣措施。而這又可能對(duì)導(dǎo)熱性產(chǎn)生不利影響。
物質(zhì)的導(dǎo)熱性能通常用通過材料內(nèi)部的熱流量來描述。材料的導(dǎo)熱系數(shù)λ對(duì)導(dǎo)熱性的影響非常大。從表1 可以看出,金屬、具有極高導(dǎo)熱性能的材料以及現(xiàn)有熱塑性及熱固性塑料之間的導(dǎo)熱性能的差異非常大(導(dǎo)熱性差異)。
觀察熱傳導(dǎo)過程中對(duì)流和輻射的存在機(jī)理,如,在空氣中進(jìn)行自由對(duì)流熱傳導(dǎo),根據(jù)溫度的不同,導(dǎo)熱率處于1.3~5 W/mK 這個(gè)范圍。
輻射反映著物體表面以及相關(guān)部件設(shè)計(jì)的導(dǎo)熱能力,對(duì)散熱也起著至關(guān)重要的影響。為了使塑料能夠彌補(bǔ)與所需達(dá)到的導(dǎo)熱性的差異,必須大幅提高其內(nèi)在的導(dǎo)熱性能。選擇的途徑既可以是本身即(在某種程度上)具有導(dǎo)電性的塑料,或在塑料中添加助劑或填料。 自身導(dǎo)電的塑料是那種在產(chǎn)量和成本方面具有金屬無法取代的優(yōu)勢(shì)的特殊產(chǎn)品。
首先預(yù)設(shè)添加的助劑或填料可使材料自身帶有很高的導(dǎo)熱性能,這樣,就可以極大豐富塑料的性能。除了需要具有內(nèi)在導(dǎo)熱性外,如果可能,要求聚合物基質(zhì)分散理想,且其填料粒子在滲濾過程中呈理想的趨同狀態(tài)。這種要求可通過提高填料含量來達(dá)到,但是這會(huì)產(chǎn)生諸多劣勢(shì)。如:
● 可加工性,即流動(dòng)性能下降。
● 根據(jù)所用助劑/填料硬度的不同,可增加機(jī)械部件的耐擦損性能。
● 填料含量高,會(huì)造成機(jī)械性能的嚴(yán)重下降,并且,由于填料材料的特定性質(zhì),如各向異性,會(huì)由于粒子在注塑成型過程中的取向而產(chǎn)生不成正比的顯著影響。
助劑/填料價(jià)格和供應(yīng)問題也不可低估,因?yàn)樗鼈儗?duì)成本的影響也很明顯。
助劑/填料可進(jìn)一步分為兩類:
● 可使部件具有導(dǎo)電性的助劑/填料
● 能夠保持塑料絕緣性能的助劑/填料
本文不再對(duì)導(dǎo)電性助劑/填料展開進(jìn)一步討論,因?yàn)槭袌?chǎng)對(duì)它們已有足夠的了解。
導(dǎo)熱性能的衡量
位于德國弗雷興的Quarzwerke 公司分公司HPF The Mineral Engineers開發(fā)出了一組Silatherm新型導(dǎo)熱性硅酸鋁填料(見表2)。高填料含量的Silatherm為市場(chǎng)上的各種應(yīng)用提供了完美的材料加工性能、耐磨性、機(jī)械性能以及性價(jià)比的結(jié)合。Silatherm有不同粒徑和表面改性(硅烷化)形式可供。在需要填料含量高的場(chǎng)合,得到優(yōu)化的聚合物/填料界面尤為重要。
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