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硅橡胶材料的导热性能提升策略与热管理应用

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随着现代科技的飞速发展,电子设备、新能源等领域对材料的导热性能提出了更高要求。硅橡胶作为一种广泛应用的高分子材料,提升其导热性能并拓展在热管理领域的应用具有重要的现实意义。


填充高导热填料是提升硅橡胶导热性能的常用策略。金属氧化物(如氧化铝、氧化锌)、碳系材料(如石墨、碳纳米管)以及氮化物(如氮化硼)等是常见的高导热填料。以氧化铝填充硅橡胶为例,氧化铝具有较高的导热系数,在硅橡胶基体中均匀分散后,能够形成有效的热传导路径。当热量传递到硅橡胶材料时,氧化铝粒子能够快速吸收并传导热量,从而提高材料整体的导热性能。研究表明,随着氧化铝填充量的增加,硅橡胶的导热系数逐渐增大。当填充量达到一定比例(如 40wt% - 50wt%)时,硅橡胶的导热系数可提高数倍。但过高的填充量可能导致硅橡胶的加工性能变差,力学性能下降。因此,需要通过优化填料的粒径、形状以及表面处理等方式,在提升导热性能的同时,保持材料的综合性能。
对高导热填料进行表面改性,能够增强其与硅橡胶基体的界面相容性,进一步提高导热性能。例如,采用硅烷偶联剂对氮化硼进行表面处理,硅烷偶联剂的一端能够与氮化硼表面的羟基发生化学反应,另一端则能与硅橡胶分子链相互作用。这样可以改善氮化硼在硅橡胶中的分散性,减少界面热阻,提高热传导效率。经表面改性后的氮化硼填充硅橡胶,其导热系数可比未改性时提高 10% - 20%。
除了填充高导热填料,构建三维导热网络也是提升硅橡胶导热性能的有效方法。通过特殊的制备工艺,使高导热填料在硅橡胶基体中形成连续的三维网络结构。例如,利用冷冻铸造技术,将含有高导热填料的硅橡胶溶液在低温下定向冷冻,然后去除溶剂,形成具有三维多孔结构的硅橡胶骨架,再通过浸渍等方法填充高导热填料,构建出三维导热网络。这种网络结构能够极大地提高热传导效率,使硅橡胶的导热性能得到显著提升。
在热管理应用方面,高导热硅橡胶可用于电子设备的散热领域。如在智能手机、电脑 CPU 等芯片与散热片之间使用高导热硅橡胶作为导热界面材料,能够有效降低芯片与散热片之间的接触热阻,提高散热效率,保证电子设备的稳定运行。在新能源汽车的电池热管理系统中,高导热硅橡胶可用于电池模组的封装和散热,确保电池在充放电过程中保持适宜的温度,提高电池的性能和使用寿命。


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