01

氮化物

氮化硼(BN)是一種具有較寬禁帶寬度的導熱填料，具有類似于石墨烯的層狀結構特征和晶格參數(shù)，由于具有高電擊穿及絕緣電阻、熱導率、低吸濕率、耐高溫氧化的優(yōu)勢，是制備低介電常數(shù)、低介電損耗和高導熱PBT的理想填料。

BN熱導率與自身結構有關。BN是由氮原子和硼原子所構成的晶體，其中氮原子和硼原子交替定位，可形成二維共軛層。從組成上看，BN具有六方氮化硼(h-BN)、立方氮化硼(c-BN)、菱方氮化硼(r-BN)和纖鋅礦氮化硼(w-BN)四種不同變體。

BN的結構、用量、界面熱阻、表面處理及分散等對PBT／BN復合材料熱導率均有影響。而實際應用主要為h-BN，其它三種變體較少見。

獲得高熱導率填充型聚合物材料的前提是在基體中形成有利于聲子傳導的導熱粒子網(wǎng)絡。一般而言，聚合物復合材料的熱導率隨導熱粒子填充量的增加而增大。在PBT復合材料中，h-BN含量與復合材料的導熱性呈非線性增加，當h-BN質量分數(shù)＞25%后，復合材料的熱導率隨填料變化不大。在BN填料含量較低時，由于BN比表面積較大，界面聲子散射導致復合材料的熱導率較低。隨著BN含量的增加，填料形狀和尺寸影響其在樹脂基體中形成導熱網(wǎng)絡節(jié)點數(shù)目，高長徑比粒子的填料易于在基體中形成沿熱流方向的導熱通路，一旦導熱網(wǎng)絡形成，材料熱導率出現(xiàn)明顯增加 。

由于導熱填料與樹脂基體的熱導率量級差異遠不如導體填料與聚合物基體的導電率量級差異大，一般很難在填充型聚合物體系中觀察到逾滲行為。然而與片狀BN相比，具有小尺寸、大比表面的類團聚狀BN在PBT基體形成導熱網(wǎng)絡時，可觀察到逾滲突變。此時滲流閾值附近的熱導率不完全受經(jīng)典滲流理論變化控制。

此外，由于大比表面的BN粒子間更容易接觸形成網(wǎng)絡，因此在相同含量下，具有大比表面的BN可大幅提高PBT基體的熱導率。

02

碳材料

碳材料主要包括石墨、碳纖維和碳納米管。

石墨因其優(yōu)良的導熱性能和價格優(yōu)勢成為改善聚合物熱導率和力學性能的重要填料。石墨表面羥基、羰基等極性基團含量較少，惰性大，與聚合物基體的粘結性較差，直接影響PBT復合材料的力學性能。因此，改善石墨表面性能尤為關鍵。

碳纖維(CF)是一種質輕、強度高、耐熱、具有較高熱導率和電導率的纖維，將CF加入聚合物中，能夠在一定范圍內提高聚合物力學性能的同時，還能夠提高聚合物的導熱和導電性能，是一種理想的導熱填料。

碳納米管(CNTs)是一種具有特殊結構的一維量子材料，與其它導熱粒子相比，高長徑比結構的CNTs易在基體中相互接觸，形成導熱通路，較低含量下可提高聚合物的熱導率。但CNTs和聚合物基體界面處接觸熱阻很大，界面聲子散射效應使聲子傳遞嚴重受阻，體系熱導率提高有限，無法發(fā)揮CNTs超高熱導率優(yōu)勢。相同含量下，長尺寸多壁碳納米管(MWCNTs)與PBT間由于具有較小界面熱阻，因此具有比短尺寸MWCNTs更高的熱導率。

03

氧化物

由于成本相對低廉，金屬氧化物填充聚合物一直是制備導熱聚合物復合材料的主要方法之一。但單一導熱填充會導致需要高的填充量，這會嚴重影響材料的加工和力學性能。加入第三相聚合物或將兩種導熱填料復配使用可以解決這個問題。如在PBT／納米MgO復合材料中，加入第三相，通過調節(jié)各相配比控制共混物的雙連續(xù)相形態(tài)，使納米MgO集中分布在第三相中。(質量分數(shù)＞50%)填充時，納米MgO在基體中會團聚，對導熱性能的提升效果并不顯著，而且嚴重影響材料的加工和力學性能。故在PBT／納米MgO復合材料中，加入第三相聚合物聚酰胺(PA)，通過調節(jié)PBT與PA的配比控制共混物的雙連續(xù)相形態(tài)，使納米MgO集中分布在PA相中，從而獲得較好的導熱性能。

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