工業(yè)膠核心參數(shù)！“高導(dǎo)熱”硅酮膠是如何煉成的？
導(dǎo)熱硅酮膠要想實現(xiàn)在工業(yè)上的廣泛應(yīng)用，良好的導(dǎo)熱性能是至關(guān)重要的。目前，導(dǎo)熱硅酮膠的導(dǎo)熱改性研究以填充改性為主，導(dǎo)熱填料最終的導(dǎo)熱能力取決于填料顆粒的大小、形狀和表面特性，填料的種類以及填料的導(dǎo)熱性隨溫度、濕度和壓力的變化等因素。提高導(dǎo)熱硅酮膠的導(dǎo)熱性能主要通過以下幾個途徑。
一、導(dǎo)熱填料超細(xì)微化
導(dǎo)熱填料粒徑數(shù)量級的減小有利于導(dǎo)熱硅酮膠導(dǎo)熱性能和物理機械性能的提高，采用納米級氧化鋁填料填充的導(dǎo)熱硅酮膠的綜合性能明顯超過采用微米級氧化鋁填料填充的導(dǎo)熱硅酮膠。因此，對導(dǎo)熱填料進行超細(xì)微化有利于導(dǎo)熱硅酮膠導(dǎo)熱性能的提高。
有學(xué)者通過研究發(fā)現(xiàn)：將無機填料的粒徑尺寸進行超細(xì)微化，填料粒子內(nèi)原子間距和結(jié)構(gòu)會發(fā)生巨大變化;當(dāng)粒徑尺寸達到納米級后，填料的某些性質(zhì)甚至?xí)l(fā)生質(zhì)變。尤其是對于某些共價鍵型的材料而言，當(dāng)其粒徑尺寸被超細(xì)微化后，就會變?yōu)榻饘冁I型材料，其導(dǎo)熱性能也就隨之急劇升高。例如，日本協(xié)和化學(xué)工業(yè)公司通過對氧化鎂材料進行超細(xì)微化處理，開發(fā)出了高純度細(xì)微氧化鎂，這種氧化鎂材料的導(dǎo)熱系數(shù)超過了50W/m·K，相當(dāng)于氧化鋁的3倍，氧化硅4倍。一些資料表明：常規(guī)氮化鋁的導(dǎo)熱系數(shù)比較低，僅能達到36W/m·K，而進行了超細(xì)微化的納米級氮化鋁的導(dǎo)熱系數(shù)卻猛增數(shù)倍，達到了驚人的320W/m·K。
二、導(dǎo)熱填料高取向化
導(dǎo)熱填料粒子間形成的導(dǎo)熱網(wǎng)鏈的取向?qū)Σ牧系膶?dǎo)熱性能有很大影響，提高導(dǎo)熱硅酮膠導(dǎo)熱性能的關(guān)鍵就是在其體系內(nèi)部最大程度的形成取向與熱流方向一致的導(dǎo)熱網(wǎng)鏈。因此，導(dǎo)熱填料的高取向化也是提高導(dǎo)熱硅酮膠導(dǎo)熱性能的關(guān)鍵途徑。普通氮化硅的導(dǎo)熱性能一般比較低，原因就在于其燒結(jié)結(jié)構(gòu)是無規(guī)取向的。若是在氮化硅原料粉體中加入直徑為1微米，長度為3～4微米的晶種粒子，使這些晶種粒子取向發(fā)生排列，便可形成具有高取向結(jié)構(gòu)的纖維狀的高導(dǎo)熱性氮化硅。這種氮化硅的導(dǎo)熱系數(shù)因纖維狀結(jié)構(gòu)的形成而呈現(xiàn)出各向異性，通過實驗測得其在結(jié)構(gòu)取向上導(dǎo)熱系數(shù)是普通氮化硅的3倍，達到了驚人的120W/m·K。
三、導(dǎo)熱填料表面改性
導(dǎo)熱硅酮膠的導(dǎo)熱性能與導(dǎo)熱填料粒子表面的易濕潤程度密切相關(guān)，這是因為無論是填料與基體的粘接程度，還是基體與填料界面的熱障，或是填料本身的的分散性和填充量都會因填料表面的潤濕程度而受到影響，這種影響會直接關(guān)系到導(dǎo)熱硅酮膠的導(dǎo)熱性能的高低。對導(dǎo)熱填料進行表面處理后，其填充量、導(dǎo)熱性和相容性(與硅酮膠)明顯提高，尤其是對于納米級填料而言，因為納米級填料要想以納米尺寸均勻分散于硅酮膠中，進行表面改性是必不可少的過程。有研究表明，若是能通過特殊工藝使導(dǎo)熱填料在硅酮膠中形成“隔離分布態(tài)”，那么，即使填充很小量的導(dǎo)熱填料，導(dǎo)熱硅酮膠也會獲得較好的導(dǎo)熱性能。例如，有實驗就發(fā)現(xiàn)，如果先用γ-氨丙基三乙氧基硅烷、六甲基二硅氮烷、二甲基二甲氧基硅烷等物質(zhì)對氧化鋁進行表面處理，然后填充到硅酮膠中，所得導(dǎo)熱硅酮膠的導(dǎo)熱性能會有所提高，而粘度則會降低。這就說明對導(dǎo)熱填料進行表面處理可以提高硅酮膠的導(dǎo)熱性能和加工性能。
四、導(dǎo)熱填料混合填充
許多學(xué)者通過實驗發(fā)現(xiàn)：將不同種類、粒徑、形狀的導(dǎo)熱填料按照適當(dāng)?shù)谋壤旌鲜褂茫翘岣邔?dǎo)熱硅酮膠導(dǎo)熱性能的有效途徑。有學(xué)者采用粒徑分別為0.5微米、3微米和20微米的氧化鋁混合填充硅酮膠，當(dāng)三種不同粒徑氧化鋁的配比為10：30：15時，硅酮膠的導(dǎo)熱性能明顯優(yōu)于單一粒徑氧化鋁填充的硅酮膠。還有學(xué)者把兩種體積分?jǐn)?shù)和粒徑各不相同球形氧化鋁與另一種非球形氧化鋁混合后作為導(dǎo)熱填料填充到硅酮膠中，這樣既增加了填料堆積的密度，又使基體的流動性得以保持，從而使制得的導(dǎo)熱硅酮膠的導(dǎo)熱性能大幅提高，而硬度卻控制在了較低的范圍。
五、優(yōu)化加工工藝
當(dāng)導(dǎo)熱填料確定之后，加工工藝就成了決定導(dǎo)熱硅酮膠導(dǎo)熱性能的重要因素。例如，采用溶液混和制得的硅酮膠的導(dǎo)熱性能明顯比采用直接混煉制得的硅酮膠的導(dǎo)熱性能優(yōu)異，原因就在于不同的加工工藝導(dǎo)致了粒子與基體的復(fù)合方式不同。另外，加工過程中填料和各種助劑的加料順序也會在很大程度上影響導(dǎo)熱硅酮膠的導(dǎo)熱性能。有專利曾專門研究過加料順序?qū)?dǎo)熱硅酮膠導(dǎo)熱性能的影響，研究結(jié)果表明：如果將硅酮膠先與小粒徑的氧化鋁混合，再與大粒徑的氧化鋁共混，制得的導(dǎo)熱硅酮膠的導(dǎo)熱性能較好;而把硅酮膠與全部氧化鋁同時混合制得的導(dǎo)熱硅酮膠的導(dǎo)熱性能則較差。
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