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電子產品熱管理
隨著電子產品越來越走向精細化，占地面積越來越小的電子組件設計日益復雜，散熱也變得越來越重要。新開發的導熱型填料，如硅酸鋁，有助于用于電子產品的塑料滿足要求。
用各種金屬和金屬制冷部件進行散熱是人們所熟悉的方式。電子行業常用鋁散熱片和金屬外殼進行被動和主動冷卻。在這兩種情況下，不可避免地會產生制造成本高企不下。所需的幾何形狀越復雜，制造冷卻部件的難度越大。直接大規模生產復雜的零部件，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電性，如果某些應用不歡迎這種導電性，就必須采取絕緣措施。而這又可能對導熱性產生不利影響。
物質的導熱性能通常用通過材料內部的熱流量來描述。材料的導熱系數λ對導熱性的影響非常大。從表1 可以看出，金屬、具有*導熱性能的材料以及現有熱塑性及熱固性塑料之間的導熱性能的差異非常大（導熱性差異）。
觀察熱傳導過程中對流和輻射的存在機理，如，在空氣中進行自由對流熱傳導，根據溫度的不同，導熱率處于1.3~5 W/mK 這個范圍。
輻射反映著物體表面以及相關部件設計的導熱能力，對散熱也起著至關重要的影響。為了使塑料能夠彌補與所需達到的導熱性的差異，必須大幅提高其內在的導熱性能。選擇的途徑既可以是本身即（在某種程度上）具有導電性的塑料，或在塑料中添加助劑或填料。 自身導電的塑料是那種在產量和成本方面具有金屬無法取代的優勢的特殊產品。
首先預設添加的助劑或填料可使材料自身帶有很高的導熱性能，這樣，就可以極大豐富塑料的性能。除了需要具有內在導熱性外，如果可能，要求聚合物基質分散理想，且其填料粒子在滲濾過程中呈理想的趨同狀態。這種要求可通過提高填料含量來達到，但是這會產生諸多劣勢。如：
● 可加工性，即流動性能下降。
● 根據所用助劑/填料硬度的不同，可增加機械部件的耐擦損性能。
● 填料含量高，會造成機械性能的嚴重下降，并且，由于填料材料的特定性質，如各向異性，會由于粒子在注塑成型過程中的取向而產生不成正比的顯著影響。
助劑/填料價格和供應問題也不可低估，因為它們對成本的影響也很明顯。
助劑/填料可進一步分為兩類：
● 可使部件具有導電性的助劑/填料
● 能夠保持塑料絕緣性能的助劑/填料
本文不再對導電性助劑/填料展開進一步討論，因為市場對它們已有足夠的了解。
導熱性能的衡量
位于德國弗雷興的Quarzwerke 公司分公司HPF The Mineral Engineers開發出了一組Silatherm新型導熱性硅酸鋁填料（見表2）。高填料含量的Silatherm為市場上的各種應用提供了的材料加工性能、耐磨性、機械性能以及性價比的結合。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和環氧樹脂的測試中得到了展示。所有導熱指標的衡量均按照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進行測量。試樣充分考慮了流動/注塑方向，用機械方式從2mm厚的板上取下。機械性能測試按照DIN EN ISO 527, 179和180標準進行，粘度是用來自德國Scherte的Fisher Scientific公司制造的帶主軸結構傳感器的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，復合材料表現出更強的可加工性。不過，通過調整復合物狀態發現，所有不同填料比例的材料均能順利加工，注塑過程中的表現也不存在問題。
為了展示Silatherm產品的機械性能，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%的試樣進行了機械性能對比。填料含量65%的試樣用于評估對比產品的可加工性。
在現有加工條件下，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的試樣展現出優異的機械性能。通過使用試驗牌號［Silatherm 1360（試驗）AST］填料，試樣可達到*機械特性，目前該材料尚處于研發過程中。即使在高填充量條件下，Silatherm產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。
由于導熱性隨填充量增多而升高，在Silatherm產品組和氮化硼、氧化鋁和氧化鎂填料對比試驗中，采用了75%的填料含量。與對比產品不同，Silatherm可確保復合材料能夠維持穩定的機械性能及良好的可加工性（圖2）。
測量數值顯示，使用Silatherm產品的試樣達到了橫向1.3W/mK，注塑方向2.3W/mK的導熱系數，即填料展現出低各向異性。與此類似，使用試驗牌號產品［Silatherm 1360（試驗）AST］的試樣獲得了良好的導熱系數和優異的機械性能。
環氧樹脂
相對于熱塑性塑料，高填充量對澆鑄/填充樹脂系統有更大影響。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，且能達到較好的導熱性能。相比之下，除非調整顆粒大小和表面條件，環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氧樹脂開發的產品。圖片清晰顯示了導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”符號代表行業常用的環氧硅烷基飾面。“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/填充復合產品，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熱性。只要顆粒大小和涂布合適，在粘性狀態下，可達到適用于所有加工方法的填料含量。
結論
針對熱塑性塑料（標題主圖）和環氧樹脂（圖5）的試驗結果顯示，使用Silatherm帶來了諸多優勢，包括高導熱性能、不影響電氣絕緣、高填料含量下的優異機械強度、低各向異性、的性價比。
文章內容僅供參考 (投稿) (2015-1-8)
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