熱傳導(dǎo)過程采取擴(kuò)散形式, 但各種材料的導(dǎo)熱機(jī)理是不同的。儲(chǔ)九榮等對(duì)材料的導(dǎo)熱機(jī)理進(jìn)行了詳細(xì)的討論。固體內(nèi)部的導(dǎo)熱載體分別為電子、聲子(點(diǎn)陣 波) 、光子(電磁輻射)3 種。對(duì)聚合物而言, 通常為飽和體系, 無自由電子, 導(dǎo)熱 載體為聲子, 熱傳導(dǎo)主要依靠晶格振動(dòng)。聚合物相對(duì)分子質(zhì)量很大, 具有多分散性, 分子鏈則以無規(guī)則纏結(jié)方式存在, 難以完全結(jié)晶, 再加上分子鏈的振動(dòng)對(duì)聲子有散射作用, 使聚合物材料的熱導(dǎo)率很小。

要使聚合物具有更好的熱導(dǎo)率, 可通過以下 2 種方式進(jìn)行改性:

      (1)合成具有高熱導(dǎo)率的聚合物;

      (2) 用高熱導(dǎo)率物質(zhì)填充聚合物, 制備聚合物基導(dǎo)熱復(fù)合材料。生產(chǎn)實(shí)踐中通常采用 添加高熱導(dǎo)率填料的方式來提高高分子材料的熱導(dǎo)率, 得到導(dǎo)熱高分子復(fù)合材料。

導(dǎo)熱網(wǎng)鏈型

     1.1 導(dǎo)熱網(wǎng)鏈型 填料的熱導(dǎo)率及其在聚合物基體中的分布形式?jīng)Q定了整個(gè)復(fù)合材料的熱導(dǎo)率。當(dāng)填料的填加量較少時(shí),填料在基體中以近似孤島形式分布,為分散相,被聚 合包覆,形成類似于聚合物共混體系中的“海-島”結(jié)構(gòu)。當(dāng)填料的填充量達(dá)到某 一臨界值時(shí),填料之間會(huì)相互接觸,形成導(dǎo)熱網(wǎng)鏈。隨著填充量的增加,導(dǎo)熱網(wǎng)鏈 相互貫穿,復(fù)合材料導(dǎo)熱性能顯著提高。這就如同一個(gè)簡單的電路, 基體和填料分別看作 2 個(gè)熱阻。當(dāng)填充量較小時(shí),不能形成導(dǎo)熱網(wǎng)鏈,從熱流方向來看,基體 和填料相當(dāng)于是串聯(lián)的熱阻,阻值越大,導(dǎo)熱性越差;當(dāng)填充量較大時(shí),填料之間 相接觸,形成導(dǎo)熱網(wǎng)鏈,導(dǎo)熱網(wǎng)鏈熱阻小,此時(shí)基體和填料在熱流方向上相當(dāng)于并聯(lián), 導(dǎo)熱網(wǎng)鏈在熱量傳遞過程中起主導(dǎo)作用, Agari 模型即是以導(dǎo)熱網(wǎng)鏈機(jī)理為基礎(chǔ)的。 這就如同一個(gè)簡單的電路,基體和填料分別看作 2 個(gè)熱阻。當(dāng)填充量較小時(shí), 不能形成導(dǎo)熱網(wǎng)鏈,從熱流方向來看,基體和填料相當(dāng)于是串聯(lián)的熱阻,阻值越大, 導(dǎo)熱性越差;當(dāng)填充量較大時(shí),填料之間相接觸,形成導(dǎo)熱網(wǎng)鏈,導(dǎo)熱網(wǎng)鏈熱阻小, 此時(shí)基體和填料在熱流方向上相當(dāng)于并聯(lián),導(dǎo)熱網(wǎng)鏈在熱量傳遞過程中起主導(dǎo)作用,。Agari 模型即是以導(dǎo)熱網(wǎng)鏈機(jī)理為基礎(chǔ)的。 熱彈性組合增強(qiáng)型

     1.2 熱彈性組合增強(qiáng)型 李賓等以熔融共混法制備聚合物基導(dǎo)熱復(fù)合材料,研究了復(fù)合材料熱導(dǎo)率和 電導(dǎo)率隨填料品種、粒徑等因素的變化規(guī)律及內(nèi)在原因。研究結(jié)果顯示復(fù)合體系 熱導(dǎo)率隨填料含量的增加始終呈逐步上升趨勢,未表現(xiàn)出電導(dǎo)率那樣的急劇變化; 在相同填充量時(shí),復(fù)合材料的熱導(dǎo)率隨粒徑的減小而減小,與電導(dǎo)率隨粒徑變化 規(guī)律相反。這種差異主要是二者具有不同傳導(dǎo)機(jī)理,文中通過熱彈性復(fù)合增強(qiáng)機(jī) 制解釋了這一變化規(guī)律。根據(jù)固體物理學(xué)理論,聲子是人為量化的固體點(diǎn)陣振動(dòng)格波, 與電子這一實(shí)體物質(zhì)粒子的運(yùn)動(dòng)和傳遞存在實(shí)質(zhì)性的差異。 導(dǎo)電過程是自 由電子的定向運(yùn)動(dòng)和傳導(dǎo)過程,因此形成傳導(dǎo)路徑非常重要。通過分析各種無機(jī) 物的熱物性變化規(guī)律發(fā)現(xiàn),材料熱導(dǎo)率的變化與經(jīng)典振動(dòng)和彈性力學(xué)中的彈性模量非常類似,因此可將材料的熱導(dǎo)率看作是聲子(即熱振動(dòng))傳遞過程的彈性模 量。類似地,導(dǎo)熱填料填充的聚合物基復(fù)合材料熱導(dǎo)率的增大可以看成高熱導(dǎo)率的填料對(duì)低導(dǎo)熱率的基體的復(fù)合(組合增強(qiáng)作用)。