導(dǎo)熱絕緣膠黏劑主講內(nèi)容01020304導(dǎo)熱絕緣膠黏劑的基本介紹導(dǎo)熱絕緣的機(jī)理及測試方法導(dǎo)熱絕緣膠黏劑的研究應(yīng)用一、導(dǎo)熱絕緣膠黏劑的基本介紹什么是導(dǎo)熱絕緣膠黏劑？同時(shí)具有良好的導(dǎo)熱性能和良好的絕緣性能的一類膠黏劑導(dǎo)熱絕緣膠黏劑導(dǎo)熱絕緣膠黏劑的導(dǎo)熱機(jī)理導(dǎo)熱絕緣膠黏劑是一種填充復(fù)合材料，所以它的導(dǎo)熱性能遵循填充復(fù)合型材料的導(dǎo)熱機(jī)理。即：填料自身的導(dǎo)熱性能及其在基體中的分布情況,在很大程度上決定了復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能。目前,導(dǎo)熱填料主要以高導(dǎo)熱的銀、銅、石墨、三氧化二鋁、氮化鋁、碳化硅、氮化硼等為主。導(dǎo)熱復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能最終由復(fù)合基體,導(dǎo)熱填料以及它們之間的相互作用來共同決定。導(dǎo)熱絕緣膠黏劑的組成成分

固化劑脂肪胺和部分脂環(huán)胺類（常溫固化劑），還有酸酐類導(dǎo)熱填料基體樹脂環(huán)氧樹脂類：比如有機(jī)硅環(huán)氧樹脂，增韌的環(huán)氧樹脂等。高導(dǎo)熱的無機(jī)絕緣材料，比如AlN,Al2O3，BeO,BeO/Al2O制備方法01環(huán)氧樹脂的制備02選擇合適的固化劑03絕緣填充料的選擇04優(yōu)化配方方案根據(jù)用途和技術(shù)指標(biāo)選擇適宜的固化劑，一般選用脂肪胺和脂環(huán)胺類為常溫固化劑。如果要降低固化溫度，縮短固化時(shí)間的話還需要添加適宜的促進(jìn)劑。比如選用酸酐類為固化劑的話，可以選用DPM-30為促進(jìn)劑。不斷改變填充料的種類，測試他們在不同溫度下的導(dǎo)熱效率，選擇效率最高的為填料，經(jīng)查閱資料可知AlN的導(dǎo)熱效率最高。測試膠黏劑的綜合使用性能，優(yōu)化調(diào)整配方方案。導(dǎo)熱絕緣膠黏劑的優(yōu)點(diǎn)導(dǎo)熱性能良好，具有優(yōu)異的熱疲勞性能耐化學(xué)腐蝕，良好的化學(xué)穩(wěn)定性抗沖擊性能良好質(zhì)地輕，易加工成型優(yōu)良的電絕緣性能0102030504導(dǎo)熱膠黏劑的應(yīng)用領(lǐng)域化工生產(chǎn)和廢水處理中使用的熱交換器武器裝備，航空電子設(shè)備，電視，通訊，電器設(shè)備，儀器所需要的導(dǎo)熱絕緣材料。在電磁屏蔽，電子信息，熱工測量技術(shù)領(lǐng)域中廣泛使用的功率管，集成塊，熱管，集成電路，覆銅板的絕緣導(dǎo)熱電子元器件，邏輯電路等體積越來越小，極易積累熱量的器件上對膠黏劑導(dǎo)熱和絕緣性能要求很高的器件上。導(dǎo)熱絕緣膠黏劑的缺點(diǎn)

不增韌時(shí)，固化物一般偏脆，抗剝離、抗開裂、抗沖擊性能差對極性小的材料(如PP、PP、氟塑料等)粘接力小。必須先進(jìn)行表面活化處理有些原材料如活性稀釋劑、固化劑等有不同程度的毒性和刺激性導(dǎo)熱速率取決于填充劑的選擇以及合適的加工工藝，否則導(dǎo)熱效果不好。

固化時(shí)間長0102030504二、導(dǎo)熱絕緣的機(jī)理(一）、導(dǎo)熱機(jī)理

導(dǎo)熱系數(shù)是表明材料傳遞熱量的能力的重要系數(shù)，提高傳熱速率和效果，需選擇K值大的材料。2、導(dǎo)熱機(jī)理：固體材料內(nèi)部的導(dǎo)熱載體分為：光子、電子、聲子（聲子就是“晶格振動(dòng)的簡正模能量量子），不同材料的導(dǎo)熱機(jī)理不同，分為：（1）、晶體導(dǎo)熱機(jī)理：晶體的導(dǎo)熱機(jī)理是排列整齊的晶粒的熱振動(dòng)，對于金屬晶體而言,自由電子的運(yùn)動(dòng)對導(dǎo)熱起主要作用，非金屬材料的導(dǎo)熱主要依靠聲子。非金屬可分為晶體非金屬和非晶體非金屬兩類。晶體非金屬其熱導(dǎo)率僅次于金屬;雖然它是介電體,但仍是一種較好的導(dǎo)熱體。(一）、導(dǎo)熱機(jī)理2、導(dǎo)熱機(jī)理：（2）、非晶體導(dǎo)熱機(jī)理：

非晶體的導(dǎo)熱機(jī)理是依靠無規(guī)律排列的分子或原子，圍繞某一固定的位置的熱振動(dòng)，將能量依次傳遞給相鄰的分子或原子。由于非晶體可看作是晶粒極細(xì)的晶體，因此也可用聲子的概念來分析其導(dǎo)熱。與有序的晶體相比，非晶體非金屬的規(guī)律性差,引起聲子較強(qiáng)的非彈性散射及熱導(dǎo)率的顯著下降，無序無定型的固體會(huì)呈現(xiàn)較低的導(dǎo)熱性。(一）、導(dǎo)熱機(jī)理2、導(dǎo)熱機(jī)理：（3）、多晶體或玻璃態(tài)絕緣材料導(dǎo)熱機(jī)理：

對于絕緣高分子材料，其導(dǎo)熱性能取決于原子、基團(tuán)或者是鏈節(jié)的振動(dòng)。熱導(dǎo)率對溫度有依賴性，隨著溫度升高，可以發(fā)生更大基團(tuán)或鏈節(jié)的振動(dòng)，所以隨著溫度升高,高分子材料導(dǎo)熱性增加。另外也取決于分子內(nèi)部的結(jié)合緊密程度，這種程度除了本身結(jié)合緊密外，也可用外界的定向拉伸或模壓來提高熱導(dǎo)率,因此結(jié)晶聚合物熱導(dǎo)率遠(yuǎn)大于非晶態(tài)聚合物。同時(shí),熱導(dǎo)率也隨分子量與交聯(lián)度、取向度的增加而增加。(一）、導(dǎo)熱機(jī)理2、導(dǎo)熱機(jī)理：（4）、填充型復(fù)合材料導(dǎo)熱機(jī)理：

填料自身的導(dǎo)熱性能及其在基體中的分布情況，在很大程度上決定了復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能。填料的種類不同其導(dǎo)熱機(jī)理也不同，如上面所述：金屬填料是靠電子運(yùn)動(dòng)進(jìn)行導(dǎo)熱；非金屬填料的導(dǎo)熱主要依靠聲子，其熱能擴(kuò)散速率主要取決于鄰近原子或結(jié)合基團(tuán)的振動(dòng)。

通過填充復(fù)合材料，在體系中形成類似網(wǎng)狀或鏈狀結(jié)構(gòu)——即導(dǎo)熱網(wǎng)鏈，當(dāng)導(dǎo)熱網(wǎng)鏈的取向與熱流方向一致時(shí)，導(dǎo)熱性能提高很快，反過來在體系中，熱流方向上未形成導(dǎo)熱網(wǎng)鏈時(shí)，會(huì)造成熱流方向上熱阻很大，導(dǎo)熱性能很差。(一）、導(dǎo)熱機(jī)理1、絕緣機(jī)理：固體材料內(nèi)部的導(dǎo)電載體分為：自由電子、離子。對于絕緣體，其在通常情況下是不導(dǎo)電的，其特點(diǎn)是分子中的正負(fù)電荷束縛得很緊，可以自由移動(dòng)的電子、離子極少，電阻率很大。此外，電子行為還取決于能帶結(jié)構(gòu)，導(dǎo)體、絕緣體、半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)示意于下圖。導(dǎo)體中有未填滿的導(dǎo)帶，因而有良好的導(dǎo)電性；絕緣體中雖有空的導(dǎo)帶，但導(dǎo)帶與價(jià)帶間的禁帶寬度(或能隙)很大，故很難導(dǎo)電；半導(dǎo)體中有空的導(dǎo)帶，且導(dǎo)帶與價(jià)帶間的禁帶寬度較小，故有一定導(dǎo)電性。(二）、絕緣機(jī)理三、導(dǎo)熱絕緣膠黏劑性能的

測試方法1、閃光法：原理：閃光法是給一個(gè)四周絕熱、厚度為L的薄片試樣加以均勻的激光脈沖，在試樣背面測出的溫度隨時(shí)間的變化關(guān)系，確定熱擴(kuò)散率，從而計(jì)算出材料熱導(dǎo)率的一種測量方法。實(shí)驗(yàn)條件：一束能量為Q的脈沖光在t=0時(shí)照射在試樣表面，且并試樣均勻吸收，測試試樣背面的升溫情況。(一）、導(dǎo)熱性能測試方法

(一）、導(dǎo)熱性能測試方法1、高阻儀測聚合物電阻：儀器：高阻儀微電流計(jì)，三電阻系統(tǒng)(一）、絕緣性能測試方法1、高阻儀測聚合物電阻：(一）、絕緣性能測試方法

三、導(dǎo)熱絕緣膠黏劑的研究與應(yīng)用高導(dǎo)熱鋁基板用導(dǎo)熱膠黏劑散熱鋁基板的用途用途：功率混合IC（HIC）。1.音頻設(shè)備：輸入、輸出放大器、平衡放大器、音頻放大器、前置放大器、功率放大器等。2.電源設(shè)備：開關(guān)調(diào)節(jié)器`DC/AC轉(zhuǎn)換器`SW調(diào)整器等。3.通訊電子設(shè)備：高頻增幅器`濾波電器`發(fā)報(bào)電路。4.辦公自動(dòng)化設(shè)備：電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器等。5.汽車：電子調(diào)節(jié)器`點(diǎn)火器`電源控制器等。6.計(jì)算機(jī)：CPU板`軟盤驅(qū)動(dòng)器`電源裝置等。7.功率模塊：換流器`固體繼電器`整流電橋等。8、燈具燈飾：隨著節(jié)能燈的提倡推廣，各種節(jié)能絢麗的LED燈大受市場歡迎，而應(yīng)用于LED燈的鋁基板也開始大規(guī)模應(yīng)用。真情大回饋導(dǎo)熱鋁基板一般由銅箔、導(dǎo)熱絕緣層、散熱鋁板三部分組成。導(dǎo)熱絕緣層是鋁基板的核心部分，它直接影響鋁基板的綜合性能。目前，導(dǎo)熱絕緣層大多以環(huán)氧樹脂作為基體．通過添加具有高熱導(dǎo)率的無機(jī)粒子來增加絕緣層的熱導(dǎo)率。導(dǎo)熱絕緣層導(dǎo)熱性能的優(yōu)劣主要取決于導(dǎo)熱填料本身熱導(dǎo)率、顆粒形態(tài)和填加量。因此選擇導(dǎo)熱性能好、無毒、價(jià)格低廉的無機(jī)填料是提高鋁基板導(dǎo)熱性能的關(guān)鍵。另外．研究發(fā)現(xiàn)，對無機(jī)粒子進(jìn)行表面改性可以提高導(dǎo)熱復(fù)合材料的綜合性能。一般導(dǎo)熱材料中選用的導(dǎo)熱絕緣填科主要包括金屬氧化物和氮化物．如：氮化鋁、氮化硅、氧化鋁、氧化鈹、氧化鎂、碳化硅等。研究綜合考慮了填料的導(dǎo)熱性能、價(jià)格及安全因素，選用由Al203、Si3N4、BN和SiO2組成的混合填料，以環(huán)氧樹脂為基體制備的一種用于鋁基板導(dǎo)熱層的導(dǎo)熱絕緣膠。高導(dǎo)熱鋁基板用導(dǎo)熱膠黏劑由于鋁基覆銅板的尺寸穩(wěn)定性對其后續(xù)加工具有重要影響，因此我們盡量選取熱膨脹系數(shù)小的填料。通過對比作者在氮化鋁、氮化硅、氮化硼、氧化鋁、氧化鈹、二氧化硅、氧化鎂、碳化硅等常用導(dǎo)熱填料中選取氮化硅、氮化硼、二氧化硅和氧化鋁作為填料。氮化硅、氮化硼不僅具有較高的熱導(dǎo)率，而且與氮化鋁相比其性價(jià)比較高；氧化鋁價(jià)格較低，同時(shí)它的加入可以提高膠粘劑的綜合性能；選用二氧化硅的主要目的是降低原料的成本，其次考慮到硅烷偶聯(lián)劑對二氧化硅的處理效果比一般填料要好，它的加入可以提高混合填料在樹脂中的的分散性為了確保復(fù)合材料的高熱導(dǎo)率，作者按氮化硅：氮化硼：二氧化硅：氧化鋁=3：3：1：1(質(zhì)量比)作為混合填料的配比，表面處理劑——硅烷偶聯(lián)劑：硅烷偶聯(lián)劑的分子結(jié)構(gòu)式一般為:Y-R-Si(OR)3(式中Y一有機(jī)官能基,SiOR一硅烷氧基)。硅烷氧基對無機(jī)物具有反應(yīng)性，有機(jī)官能基對有機(jī)物具有反應(yīng)性或相容性。填料表面處理及填料用量對導(dǎo)熱絕緣膠剝離強(qiáng)度的影響隨著混合填料填加量的增加，鋁基覆銅板的剝離強(qiáng)度呈先增大后減小的趨勢，原因是：少量填料的加入可使膠液涂布更均勻，剝離強(qiáng)度增大，但大量的填料會(huì)在膠層里引入過多氣泡，進(jìn)而造成剝離強(qiáng)度的減?。惶盍辖?jīng)表面處理后與環(huán)氧樹脂的相容性增加，膠層里氣泡量減少，在填料填充量相同的情況下，鋁基覆銅板的剝離強(qiáng)度稍有增大。填料種類與用量對導(dǎo)熱絕緣膠熱導(dǎo)率的影響各填料單一使用都可以提高環(huán)氧樹脂的熱導(dǎo)率，在填加量相同的情況下，填料的熱導(dǎo)率越高所得膠粘劑的熱導(dǎo)率就越高。同種填料隨其填加量的增加環(huán)氧膠的熱導(dǎo)率先緩慢增加，當(dāng)填加量到達(dá)某一值時(shí)環(huán)氧膠的熱導(dǎo)率驟然升高，隨后其熱導(dǎo)率升高趨緩。造成這一象的原因是，在低填充量下無機(jī)粒子之間樹脂隔離沒有形成有效地導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)，體系的界面熱阻較大，聲子散射嚴(yán)重，因此環(huán)氧樹脂的熱導(dǎo)率增加緩慢。隨著導(dǎo)熱填料填充量的增加，環(huán)氧樹脂中的導(dǎo)熱填料顆粒間相互連結(jié)成“網(wǎng)絡(luò)”結(jié)構(gòu)，熱量可以在網(wǎng)絡(luò)中有效傳遞，因此環(huán)氧樹脂的熱導(dǎo)率驟然升高。若繼續(xù)加入導(dǎo)熱填料，由于“網(wǎng)絡(luò)”基本達(dá)到飽和，環(huán)氧樹脂熱導(dǎo)率的升高相對平緩。表面處理對導(dǎo)熱絕緣膠熱導(dǎo)率的影響混合填料填充量相同的情況下，添加經(jīng)表面處理的混合填料所得環(huán)氧膠的熱導(dǎo)率較高?；旌咸盍嫌昧繛?0wt％時(shí)，經(jīng)過一定量硅烷偶聯(lián)劑處理后熱導(dǎo)率從3．49W／(m·K)提高到了3．8lW／(m·K)。種現(xiàn)象可以解釋為：經(jīng)偶聯(lián)劑處理，混合填料與樹脂的相容性提高，均勻分散的填料更容易形成導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)。另外，由于填料與樹脂間存在少量的微小氣泡，空氣的導(dǎo)熱率很低。因而會(huì)對環(huán)氧膠熱導(dǎo)率的提高產(chǎn)生負(fù)面影響，經(jīng)過偶聯(lián)劑處理的填料與樹脂問的氣泡減少，所以環(huán)氧膠的導(dǎo)熱率相對提高。從膠膜表面的金相顯微鏡圖中可以觀察到填料經(jīng)過表面處理后其分散性能提高．填料在樹脂基體中團(tuán)聚的現(xiàn)象減少。圖1和2混合填料的填加量30wt%；圖3和4混合填料的填加量為60wt％，圖1和3中填料未經(jīng)處理；圖2和4中填料經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑處理。隨著混合填料填充量的增加，環(huán)氧膠的介電常數(shù)升高，而體積電阻率降低。此現(xiàn)象產(chǎn)生的原因是：一方面，與環(huán)氧樹脂相比，無機(jī)填料的絕緣性能較低，它的加入勢必引起體系的介電常數(shù)升高和體積電阻率降低；另一方面，無機(jī)填料與樹脂間存在氣泡、空隙等缺陷造成體系絕緣性能降低。混合填料經(jīng)過硅烷偶聯(lián)荊處理后。與未處理的相比在填充量相同的情況下．環(huán)氧膠的介電常數(shù)明顯降低，體積電阻率明顯升高．混合填料用最為60％時(shí)，經(jīng)過一定量的硅烷偶聯(lián)劑處理后介電常數(shù)從4．9降低到T4．6，體積電阻率從4．0X10“n·ca提高到T4．7×10“n·cm。這是因?yàn)樘盍辖?jīng)硅烷偶聯(lián)荊處理后與樹脂的相容性增加．體系中的氣泡，空隙等缺陷減少，其絕緣性能提高?；旌咸盍嫌昧颗c偶聯(lián)劑對導(dǎo)熱絕緣膠電性能的影響隨著高密度組裝技術(shù)在國內(nèi)逐步展開,電子設(shè)備的組裝密度較以前大為提高,此時(shí)電子設(shè)備所產(chǎn)生的熱量就大大增加,要使電子元器件在周圍高溫環(huán)境下,仍能高可靠地正常工作,就必須進(jìn)行合理的熱設(shè)計(jì)。而導(dǎo)熱絕緣膠接技術(shù)又是熱設(shè)計(jì)中必不可少的重要環(huán)節(jié)?？招居≈瓢甯呙芏冉M裝技術(shù)就是按照這一熱設(shè)計(jì)思想進(jìn)行組裝設(shè)計(jì)的。空芯印制板導(dǎo)熱絕緣膠接技術(shù)導(dǎo)熱絕緣膠黏劑在LED封裝的應(yīng)用在導(dǎo)熱膠黏劑基體中加入EVA(乙烯一醋酸乙烯酯共聚物)膠膜和擁有80％質(zhì)量分?jǐn)?shù)的偶聯(lián)劑改性Al2O3粒子后，合成出的導(dǎo)熱膠具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性，在黏接強(qiáng)度、韌性和界面結(jié)合性能等方面表現(xiàn)優(yōu)異，并且可以成功將原導(dǎo)熱系數(shù)提高1．2倍以上。通過以DW一3低溫膠黏劑為基體樹脂，在基體中添加HGH一400硅微粉作為導(dǎo)熱絕緣的填料，配制合成了低溫導(dǎo)熱絕緣膠黏劑可被運(yùn)用于運(yùn)載火箭氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)表面溫度傳感器的端封和膠接安裝。超低溫用絕緣導(dǎo)熱膠黏劑超低溫一般指液氧（—183℃）及以下的溫度區(qū)間。一般適用于航空航天，國防工業(yè)領(lǐng)域環(huán)氧樹脂：雙酚A或雙酚F型的縮水甘油醚環(huán)氧樹脂（四氫領(lǐng)苯二甲酸二縮水甘油醚，領(lǐng)（間）苯二甲酸二縮水甘油醚）導(dǎo)熱粉體填料：1、金屬填料：銀粉，銅粉，鎳粉，錫粉，金粉，鋁粉等2、非金屬導(dǎo)熱粉體：氮化鋁、氧化鋁、氧化鋅、碳化硅，二氧化硅、氮化硼、氧化硼、氮化硅粉體尺寸：都要在1nm—500nm之間，可為顆粒，片狀，纖維狀。問答環(huán)節(jié)！！1、導(dǎo)熱絕緣膠黏劑的導(dǎo)熱填料有哪些？AlN,Al2O3,BeO,Beo/Al22、導(dǎo)熱絕緣膠黏劑有哪些優(yōu)點(diǎn)？導(dǎo)熱性能良好，具有優(yōu)異的熱疲勞性能。耐化學(xué)腐蝕，良好的化學(xué)穩(wěn)定性?？箾_擊性能良好，優(yōu)良的電絕緣性能。質(zhì)地輕，易加工成型。3、導(dǎo)熱絕緣膠黏劑的缺點(diǎn)？不增韌時(shí)，固化物一般偏脆，抗剝離，抗開裂，抗沖擊性能差要進(jìn)行活化處理毒性和刺激性固化時(shí)間長加工工藝要求苛刻。4.導(dǎo)熱絕緣膠黏劑主要應(yīng)用在哪些領(lǐng)域？環(huán)保行業(yè)，廢水處理電子信息行業(yè)