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优化氧化铝导热粉体形态、粒径与搭配工艺的影响

优化氧化铝导热粉体形态、粒径与搭配工艺的影响
东超  2024-07-02  |  阅读:529

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     氧化铝导热粉体因其广泛来源和低成本,在聚合物基体中填充量较大,具有很高的性价比,因此成为制造导热硅胶垫片最常用的导热粉体。氧化铝的形态有球形、角形、类球形等,不同的形态对热界面材料的加工性能、应用性能、成本等有不同影响。此外,不同粒径的影响也会在体系中形成一定的孔隙,影响导热界面材料的导热系数。本文将从以下几个方面探讨不同形态、不同粒径的氧化铝导热粉体的搭配工艺,为制备高导热硅胶垫片提供参考。

       1. 在相同粒径和添加量下,不同形态氧化铝导热粉体对导热硅胶垫片加工性能的影响

选取5μm和45μm的球形、类球形和角形氧化铝,在添加量为75%下测试其对导热硅胶垫片加工粘度的影响。结果显示,相同粒径下,球形氧化铝的加工粘度最小,而角形氧化铝的加工粘度最大;相同形态下,粒径越大,加工粘度越低。这主要是因为球形氧化铝表面能较小,球的表面流动性更好,与基体搅拌成膜更均匀,因此体系粘度更低。而角形氧化铝形态不规则,其颗粒表面能大,颗粒之间更易粘附,导致粘度更大。在相同形态下,粒径越大,吸油值越小。

       2. 在相同粒径和不同形态下,不同添加量氧化铝导热粉体对导热硅胶垫片导热性能的影响

选取45μm的类球形、球形和角形氧化铝,分别在75%、80%、85%的添加量下测试对导热硅胶垫片导热系数的影响。结果显示,在相同添加量下,75%添加量时,角形氧化铝制备的导热硅胶垫片导热系数较高。而在80%和85%的添加量下,类球形氧化铝制备的导热硅胶垫片导热系数较高。随着添加量的增加,三种形态氧化铝制备的垫片导热系数不断升高。由于角形氧化铝比表面积大,形成的导热网络更多,因此导热效果较好。而类球形氧化铝由于单晶颗粒、转化率高、颗粒表面光滑,导热系数最高。尽管球形氧化铝球形度好,但转化率较低且颗粒表面粗糙,导致导热系数较低。

       3. 在相同形态和不同添加量下,氧化铝导热粉体在不同复配比例下对导热硅胶垫片导热性能的影响

考虑最佳性价比和粉体颗粒堆积原理,选取45μm球形氧化铝、45μm类球形氧化铝和5μm角形氧化铝以2:2:1、2:1:1、1:2:1、1:1:1的比例复配,分别在80%、85%、90%的添加量下测试对导热硅胶垫片导热系数的影响。结果显示,在相同复配比例下,随着添加量的增加,四种复配粉体填充的垫片导热系数不断增加。这是由于随着粉体添加量的增加,颗粒之间的接触点越多,逐渐形成致密的导热网络,因此导热系数增加。另外,由于类球形氧化铝的转化率高,导热系数高,因此其比例较大,导热硅胶垫片导热系数的提升越明显。

       4. 在相同添加量和不同复配比例下,复配氧化铝导热粉体堆积性能的影响

选取45μm球形氧化铝、45μm类球形氧化铝和5μm角形氧化铝以2:2:1、2:1:1、1:2:1、1:1:1的比例复配。结果显示,当球形氧化铝、类球形氧化铝与角形氧化铝的比例为1:2:1时,堆积密度最大。这是因为颗粒之间的缝隙被相互填充,空隙小,密度大。

氧化铝导热粉体因其良好的导热性能、电绝缘性、高硬度、强耐热性和优良耐磨性等优点,被广泛用作硅橡胶、橡胶、塑料、陶瓷、耐火材料等的填料。然而,为了得到广泛应用,氧化铝导热粉体需要进行表面改性。

       氧化铝导热粉体为什么要改性?

       氧化铝导热粉体表面极性高,与高分子材料相容性差,在树脂基体中很难分散均匀,加工难度增大,无法实现大量填充。此外,氧化铝颗粒与树脂表面张力差异导致高分子基体很难润湿颗粒表面,使得二者界面处存在空气间隙,界面热阻增加,使得复合材料的力学性能和导热性能等无法达到预期目标。

       因此,必须对氧化铝导热粉体进行表面处理,降低颗粒之间团聚作用,改善导热粉体与树脂基体之间的相容性,提高粉体在树脂基体中的分散性和


      制作高导热效率的导热硅胶垫片,关键在于选择合适的导热粉末原料、确定粉体的形态和粒径分布,这是一个多步骤的过程。东超新材在氧化铝和氢氧化铝等领域拥有超过十年的应用研究经验,能够根据客户的具体产品规格、制造工艺和应用需求,提供定制化的导热和阻燃高分子材料解决方案。


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