付强等:填充型导热绝缘硅橡胶复合材料的研究进展

科技   科技   2024-11-14 16:16   广西  

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本文发表在《绝缘材料》2024年第9期,点击标题阅读全文:

填充型导热绝缘硅橡胶复合材料的研究进展

引文格式:付强,李浩明,彭磊,.填充型导热绝缘硅橡胶复合材料的研究进展[J].绝缘材料, 2024,57(9):1-14.

研究背景

硅橡胶复合材料因其优异的耐候性、电绝缘性、高化学稳定性等优点,被广泛应用于电线电缆、电子封装等领域。然而,随着电子电气设备的不断发展,对材料的导热性能提出了更高的要求。因此,研究填充型导热绝缘硅橡胶复合材料具有重要意义。

导热机理

导热通路理论是当前最为广泛接受的导热机理。随着导热填料含量的增加,填料间开始相互接触、堆叠,逐渐形成更多完善的导热通路。热量将沿着这些导热通路或热阻较低的网络通路传递,从而有效提高硅橡胶的热导率。


导热性能影响因素


(1)导热填料种类

不同种类的导热填料对硅橡胶复合材料的导热性能有显著影响。例如,在相同填充量下氮化铝比氧化铝能更显著增强复合材料的导热性能。

(2)导热填料用量

填料的用量直接影响导热通路的形成和完善程度,进而影响材料的导热性能。

(3)导热填料几何形状及尺寸

填料的几何形状和尺寸也会影响其导热性能。相关研究表明,粒径相近但不同形状的导热填料对硅橡胶复合材料的导热性能有不同影响。例如,与纳米颗粒、短柱状导热填料相比,四针状导热填料在相同填充量下能更显著增强复合材料的导热性能。

(4)硅橡胶复合材料的加工工艺

加工工艺的不同也会影响材料的导热性能。例如,通过3D打印技术使导热填料在硅橡胶中规整排列,可以提高材料的热导率。


图1.填料间不同接触类型的示意图

提高导热性能的策略
(1)导热填料的取向

通过控制填料的取向,使其在沿平面方向或垂直平面方向上获得更高程度的排列,可以有效提高材料的导热性能。

(2)导热填料的混合杂化

将不同种类的导热填料进行混合杂化,可以综合发挥各自的优势,进一步提高材料的导热性能。

(3)导热填料的表面功能化

对导热填料进行表面功能化处理,可以改善其与硅橡胶基体的界面相容性,降低界面热阻,从而提高材料的导热性能。

(4)三维导热网络的构建

通过构建三维导热网络,可以在低导热填料填充量下形成更多更完善的导热通路,进一步提高材料的导热性能。


图2.硅橡胶复合材料的制备工艺示意图及其热导率

图3.具有三维导热网络复合材料制备工艺示意图

研究展望

随着科技的不断发展,对填充型导热绝缘硅橡胶复合材料的需求将不断增加。未来,研究者将继续探索更高效、更环保的导热填料和制备工艺,以满足不同领域对材料导热性能的需求。同时,也将深入研究导热机理和影响因素,为制备高性能的导热绝缘硅橡胶复合材料提供理论支持。

综上所述,填充型导热绝缘硅橡胶复合材料在导热绝缘领域具有广泛的应用前景。通过深入研究导热机理、影响因素及提高导热性能的策略,可以为制备高性能的导热绝缘硅橡胶复合材料提供有力的技术支持和理论指导。

作者简介

付强,正高级工程师,南方电网公司二级领军技术专家,南网科技战略人才、付强工作室负责人,企业博士后导师,科技部专家库专家。长期从事广东电网电力化学专业工作,主要研究方向为绝缘介质检测技术、电力设备故障诊断技术、新型绝缘介质研发。先后获中国专利奖优秀奖1项、省部级奖项15项;制修订IEC标准5项、国家标准/行业标准20余项;已申请中国专利100余件,申请PCT 专利3 件;发表SCI/EI收录期刊100余篇。



编辑:熊雪梅

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