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電子產(chǎn)品熱管理
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)行被動和主動冷卻,。在這兩種情況下，不可避免地會產(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對導(dǎo)熱性的影響非常大,。從表1 可以看出,，金屬、具有*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)過程中對流和輻射的存在機(jī)理,，如，在空氣中進(jìn)行自由對流熱傳導(dǎo),，根據(jù)溫度的不同,，導(dǎo)熱率處于1.3~5 W/mK 這個范圍。
輻射反映著物體表面以及相關(guān)部件設(shè)計的導(dǎo)熱能力,，對散熱也起著至關(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,，但是這會產(chǎn)生諸多劣勢。如：
● 可加工性,，即流動性能下降,。
● 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/填料價格和供應(yīng)問題也不可低估,，因為它們對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
本文不再對導(dǎo)電性助劑/填料展開進(jìn)一步討論,，因為市場對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為市場上的各種應(yīng)用提供了的材料加工性能,、耐磨性,、機(jī)械性能以及性價比的結(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合,，得到優(yōu)化的聚合物/填料界面尤為重要。
Silatherm 系列填料的性能在與聚酰胺6和環(huán)氧樹脂的測試中得到了展示,。所有導(dǎo)熱指標(biāo)的衡量均按照ASTM E-1461, DIN 30905和DIN EN 821,，用來自德國塞爾布Netzsch-Gerätebau公司的 Netzsch LFA 447 NanoFlash進(jìn)行測量。試樣充分考慮了流動/注塑方向,，用機(jī)械方式從2mm厚的板上取下,。機(jī)械性能測試按照DIN EN ISO 527, 179和180標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行,，粘度是用來自德國Scherte的Fisher Scientific公司制造的帶主軸結(jié)構(gòu)傳感器的Haake Rheostress 6000流變儀，在60°C條件下測得,。
針對聚酰胺6及其他材料的試驗
高度填充的聚酰胺6復(fù)合材料加工完成后,，制成DIN試樣（2mm啞鈴型薄板）。填料含量為65%至75%,，每一級相差5%,。隨著填料含量的增加，復(fù)合材料表現(xiàn)出更強(qiáng)的可加工性,。不過,，通過調(diào)整復(fù)合物狀態(tài)發(fā)現(xiàn)，所有不同填料比例的材料均能順利加工,，注塑過程中的表現(xiàn)也不存在問題,。
為了展示Silatherm產(chǎn)品的機(jī)械性能,，試驗針對含有氮化硼,、氧化鋁和氧化鎂等其它填料的材料與本案例中填料含量65%的試樣進(jìn)行了機(jī)械性能對比。填料含量65%的試樣用于評估對比產(chǎn)品的可加工性,。
在現(xiàn)有加工條件下,，氮化硼填料含量的上限是55%。與填充其它材料的試樣相比,，填充Silatherm的試樣展現(xiàn)出優(yōu)異的機(jī)械性能,。通過使用試驗牌號［Silatherm 1360（試驗）AST］填料，試樣可達(dá)到*機(jī)械特性,，目前該材料尚處于研發(fā)過程中,。即使在高填充量條件下，Silatherm產(chǎn)品組仍然具有低擦損,、高可加工性等特點,，并可提供定制飾面。
由于導(dǎo)熱性隨填充量增多而升高,，在Silatherm產(chǎn)品組和氮化硼,、氧化鋁和氧化鎂填料對比試驗中，采用了75%的填料含量,。與對比產(chǎn)品不同,，Silatherm可確保復(fù)合材料能夠維持穩(wěn)定的機(jī)械性能及良好的可加工性（圖2）。
測量數(shù)值顯示,，使用Silatherm產(chǎn)品的試樣達(dá)到了橫向1.3W/mK,，注塑方向2.3W/mK的導(dǎo)熱系數(shù)，即填料展現(xiàn)出低各向異性,。與此類似,，使用試驗牌號產(chǎn)品［Silatherm 1360（試驗）AST］的試樣獲得了良好的導(dǎo)熱系數(shù)和優(yōu)異的機(jī)械性能,。
環(huán)氧樹脂
相對于熱塑性塑料，高填充量對澆鑄/填充樹脂系統(tǒng)有更大影響,。對于聚酰胺體系,，如果填料含量在65%和75%之間，加工相對容易,，且能達(dá)到較好的導(dǎo)熱性能,。相比之下，除非調(diào)整顆粒大小和表面條件,，環(huán)氧樹脂體系則會很快便不能加工,。圖3為專為不同顆粒大小和飾面條件的環(huán)氧樹脂開發(fā)的產(chǎn)品。圖片清晰顯示了導(dǎo)熱性能會隨著填料含量的增加而升高,。
Silatherm 1360-008和Silatherm 1360-007在顆粒大小上有所差異,。“EST”符號代表行業(yè)常用的環(huán)氧硅烷基飾面。“SST”表示在高填料含量下,，可降低粘度的新型飾面（圖4）,。
針對澆鑄/填充復(fù)合產(chǎn)品，填料含量為70%時,，實際上已變成耐切割的澆鑄/填充樹脂,，在普通的重量、真空,、壓力等澆鑄模/填充條件下無法加工,。顆粒大小的改變能提升樹脂材料的可加工性和導(dǎo)熱性。只要顆粒大小和涂布合適,，在粘性狀態(tài)下,，可達(dá)到適用于所有加工方法的填料含量。
結(jié)論
針對熱塑性塑料（標(biāo)題主圖）和環(huán)氧樹脂（圖5）的試驗結(jié)果顯示,，使用Silatherm帶來了諸多優(yōu)勢,，包括高導(dǎo)熱性能、不影響電氣絕緣,、高填料含量下的優(yōu)異機(jī)械強(qiáng)度,、低各向異性、的性價比,。
文章內(nèi)容僅供參考 (投稿) (2015-1-8)
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