常见填料的形状系数(导热性混炼硅橡胶)

Posted 2023-05-25

篇首语：教书育人是教师的天职，既有苦，也有乐。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了常见填料的形状系数(导热性混炼硅橡胶)相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

常见填料的形状系数(导热性混炼硅橡胶)

硅橡胶的热导率一般为0.13~0.25W/(m . K)，约为有机橡胶的2倍。这种良好的导热性使硅橡胶在硫化成形时内部升温较快，有缩短硫化时间的效果。在混炼硅橡胶配制中大量填充热导率大的无机填料，可使硅橡胶的热导率增加至4W/(m · K)以上的水平。常用导热性填料的品种及其热导率：

硅橡胶橡胶中各种导热性填料的填充量与热导率的关系：

导热性硅橡胶主要用作电子及电器设备发热部件与散热部件之间的导热垫片，也用于复印机的定影辊及加压辊的被覆材料。为制得高导热性的混炼硅橡胶，大量填充导热性填料，容易使混炼硅橡胶的加工性下降及使硫化后硅橡胶的硬度增加影响使用性。在导热性填料中，有些莫氏硬度较高的品种容易使混炼加工设备磨损；有些品种中的杂质含量会引起硅橡胶在高温下使用时发生降解。对导热性填料选择（高导热系数或特殊形貌）、填料表面处理、改进加工工艺是配制导热性混炼硅橡胶的关键。

1、导热填料介绍：

高导热填料一般为具有自由电子或结晶完整能振动产生声子的固体，包括金属（如：Ag，Cu，Al 和 Fe）、固体氧化物（如：BeO，MgO，Al2O3，SiO2 和 TiO2）、氮化物（如：AlN， BN 和 Si3N4）、碳化物（如：SiC）、碳类（如：石墨、石墨烯、金刚石和碳纳米管）及混合填料。部分导热填料的导热系数（λ）如下所示：

金属类填料一般用于绝缘性要求不高的场合，其中 Ag 的导热系数最高，但价格较贵，一般用于特殊环境下关键部位的零部件。Al 的导热系数相对较高，且密度小，性价比高，通常作为金属导热填料中的首选。虽然金属是热的优良导体，但金属粉末与聚合物之间相容性差，分散困难，不利于形成导热通道，且添加量较大时对复合材料力学性能破坏较大，其应用受到了限制。

相比之下，金属氧化物分散性较好，其中Al2O3因性价比高而应用最为广泛；BeO由于其高毒性一般只用于特殊场合；MgO因易吸潮而不能大量使用；SiO2多以晶体和气相形式作导热填料。

SiC中碳杂质较多，一般不用于绝缘场合。氮化物中，Si3N4高温抗氧化性、抗热冲击和耐腐烛性好，AlN则具有较高的导热系数和低热膨胀系数，但易吸潮、增粘且价格较贵。碳类导热填料的应用比较广泛，特别是近年来石墨烯和碳纳米管等新型高导热填料的引入，进一步扩大了其在导热硅橡胶领域的应用。

2、氧化铝(Al203)作导热性填料配制导热性混炼硅橡胶：

氧化铝是导热性硅橡胶常用的导热性填料，一般为六方晶或六方菱形面格子结品构造的a-Al2O3。外观为白色结晶，作为导热填料应选用平均粒径50μm以下的粉体；大于50um时，成形胶片压合时不能达到预期的薄层。氧化铝粉体的形状，应为球形，可以抑制混炼硅橡胶的塑度上升；大、小粒径组合并用，可以达到高填充；使用含水解性基团的硅烷或硅氧烷低聚物作氧化铝的处理剂或润湿剂，可以改善导热性混炼硅橡胶的成形加工性。

氧化铝作导热性填料，配制导热硅橡胶配方中添加含官能性水解基的甲基聚硅氧烷，在配制导热性混炼硅橡胶中使氧化铝现场处理，改善了与硅橡胶生胶的润湿性，使混炼硅橡胶的塑度下降，加工性得多改善。

氧化铝作导热性填料，配制导热硅橡胶配方中添加碳酸镁可以改善混炼硅橡胶的加工作业性及抑制硬度的上升。

由于大量的氧化铝的添加，使硫化后的导热性硅橡胶压缩永久变形变大，配方中添加含H(CH3)2SiO基的硅氧烷低聚物，可使导热性硅橡胶的压缩永久变形性得到显著改善。配合量为100份甲基乙烯硅橡胶中加0.1~10.0份。

采用聚合度200~2000、分子链两末端(CH2=CH)(CH3)2SiO1/2链节封端的聚二甲基硅氧烷作增塑剂，与甲基乙烯基硅橡胶生胶按95/5~50/50质质量比混用，配合500~1200份的平均粒径50μm以下的球形氧化铝粉，配制的导热性硅橡胶可以用于模压、挤出、压延成形。

3、氧化镁作导热填料配制导热性混炼硅橡胶：

氧化镁是常用的导热性填料，用于配制导热性混炼硅橡胶有比氮化硼、氮化铝、氧化铝成本低的优点。

氧化镁的制造工艺条件（合成摩尔比、煅烧温度、粒径等）对配制的导热性硅橡胶的物理性能、耐热性、混炼加工性都有很大影响。表面疏水处理的氧化镁粉末，填充量30%~70%(体积分数) 配制的导热性混炼硅橡胶，可用于各种电子元件的放热及绝缘材料。

氧化镁的疏水处理：经1100℃~1600℃银烧处理、平均粒径1um的氧化镁1000g，在烧瓶中搅拌下通入水蒸气，得吸湿的氧化镁1040g。然后，将烧瓶加热至130℃，沿烧瓶壁滴人六甲基二硅氮烷350g，回流反应30m in，得疏水化氧化镁1140g。

4、氮化硼作导热填料配导热性混炼硅橡胶

氮化硼(BN)有2种结晶形式：六方晶形，类似石墨；立方晶形，类似金刚石。六方晶形的BN为白色鳞片状，具有热稳定性，润滑性和介电性能好，热导率高，是导热性混炼硅橡胶中常用的导热性填料。一般BN微粉表面上含有氧化膜B2O3及不纯物Fe、A1、Ca等金属元素，会影响导热性及电性能，应选用纯度99%以上，粒径5~20um的品种。BN鳞片状粒子的热导率，面方向(a轴)约110W/(m · K)，与面垂直方向(c轴)约2W/(m · K)，为使BN鳞片状粒子在硅橡胶中容易呈平面排列，粒子的扁平度(粒子的长轴径1/2值与厚度之比；200个粒子的平均值)应在10以上。

通常用氮化硼配制导热性混炼硅橡胶时，多采取生胶与白炭黑先配成基料，再向基料中填充BN及添加硫化剂。在基料与氮化硼、硫化剂混炼时胶料中容易卷入空气，使混炼硅橡胶中的氮化硼周围形成空隙，硫化后的硅橡胶弹性及机械物理性能下降。另外，混炼硅橡胶中大量添加氮化硼粉末时，硫化后的硅橡胶还有物理机械性能下降、制品开裂、变色等问题。

氮化硼粉末与白炭黑同时与硅橡胶生胶混炼配制硅橡胶胶料，可以避免因氮化硼粉末向胶料中添加时卷人空气引起的物理性能下降问题。

将氮化硼粉末表面用含有烯烃基的硅烷偶联剂处理后使用，可以使硫化后的硅橡胶物理性能得到改善。所用硅烷偶联剂有：

处理方法：可采用氮化硼粉末在高速搅拌器中搅拌下滴入硅烷偶联剂，然后热处理的干法处理；或向硅烷偶联剂的溶液中加入氮化硼粉末，搅拌处理然后干燥的湿法处理。硅烷偶联剂的用量应按氮化硼粉末的表面积作适当调整，但一般可按氮化硼粉末100份对0.1~5份。

大量填充氮化硼粉末配制导热性混炼硅橡胶的配方中，添加氟改性有机硅表面活性剂作为内脱模剂，硫化成形时硫化胶片的表面形成氟改生有机硅表面活性剂的膜，对金属模具或橡胶薄膜的离型性可以得到显著改善，可以制得氮化硼大量填充的大面积导热性硅橡胶片材，且材料的外观及阻燃性不会下降。氟改性有机硅表面活性剂的添加量，可按硅橡胶生胶100份对0.05-5份。