在一些工作溫度要求嚴格的工況中，設備或材料的散熱問題成為影響其使用性能和壽命的關鍵問題。如大功率電子產品、電動機等設備，常常因工作溫度過高導致性能惡化和壽命縮短的現象。在要求散熱和絕緣的場合，采用導熱絕緣材料是解決問題的一個有效途徑。盡管金屬材料具有優異的導熱性能，但其絕緣性能不盡人意，無法滿足該類產品的需求；聚合物材料具有較好的電絕緣性能，但其導熱性過低，也無法滿足使用要求。對于無機非金屬材料，其有較好的導熱性能和絕緣性能，但加工成型性較差，限制了其應用范圍。復合材料性能的可設計性，為研發新型導熱絕緣材料提供了一個新的途徑。其中，聚合物基導熱絕緣復合材料兼具了導熱、絕緣、優良的力學性能和成型性能等特性，可滿足導熱絕緣工況下產品對材料性能的要求。

01 基體材料

聚合物基導熱絕緣復合材料常用聚酰胺(PA)6、聚碳酸酯(PC)、聚對苯二甲酸丁二酯(PBT)等材料作為基體材料，也有采用PA46，PA66，聚苯硫醚(PPS)，丙烯腈–丁二烯–苯乙烯塑料(ABS)等材料的情況。這些基體材料作為發展歷史較長的工程應用型材料，它們具有優良的力學性能、較好的耐磨性、自潤滑性能、耐腐蝕性能以及加工成型性能，在工業發展中占有重要地位，并在生活中得到廣泛的應用。

02  導熱填料

作為復合材料導熱填料的物質有多種，一般常用的材料是金屬填料，如銅、鋁、鐵、鋅、鎳和銀等金屬。其中，鋁由于具有相對較高的導熱系數、低的密度和高填充率等因素，是首選的金屬填料。盡管金屬填料具有較高的導熱系數，填充量較低時，就可使復合材料具有較高的導熱性，成為長期以來使用廣泛的導熱填料，但該類填料降低了材料的絕緣性能，因此，在散熱絕緣的場合，該類填料無法滿足使用要求。為此，目前主要采用無機粒子來代替金屬填料。無機粒子填料主要為金屬氧化物和金屬氮化物，常見的有氮化硅、氮化硼(BN)、氮化鋁(AlN)、碳化硅(SiC)、氧化鈣、氧化鎂、氧化硅、氧化鋁(Al2O3) 和氧化鉍等無機填料。無機填料電絕緣性能優良，價格低廉，來源廣泛，但與金屬填料相比，導熱性能遜色，為此，要實現優良的導熱性能，通常采用高填充量的方式來實現。氮化物填料是無機填料中導熱性能和絕緣性能都比較優異的一類填料，如氮化硅、氮化硼和氮化鋁等，是導熱絕緣填料中優先選擇的填料，但實際中，該類填料價格昂貴，一般只是少量添加，即其作為輔助填料與其它填料共同添加來實現復合材料導熱絕緣性能的提高。

03 導熱機理

對填充型聚合物基導熱絕緣復合材料而言，由于其基體中填充了大量的導熱絕緣填料，其導熱性能主要依賴于聚合物基體和填料之間的協同作用來實現。當填料比例相對較低時，填料被包覆在聚合物基體內，粒子之間不能接觸，兩相界面形成熱阻，阻礙熱量的傳遞，此時導熱性能受制于聚合物基體的導熱性能；隨著填料含量的增加，導熱粒子相互接觸，在基體內部形成一定的網鏈結構——導熱網鏈，熱量可沿著導熱網鏈傳遞，可顯著提升復合材料的導熱性能，這也是目前普遍認可的一種導熱機理。在此狀況下，復合材料的導熱性能主要取決于填料自身的導熱性，但也受填料形狀、填料種類、粒徑大小、組分構成等因素的影響。提高復合材料導熱性能主要有兩個途徑：一是促使材料內部導熱網鏈的形成，例如可采用提高填料含量、改變填料粒子形狀以及采用不同粒徑的填料復配使用等方法來實現；二是降低界面熱阻，即減小聲子擴散過程中的散射，一般常采用改性劑對材料表面進行改性的方法來實現。

04 應用領域

1、LED照明領域

LED產業的快速發展使得市場對具有高導熱性以及絕緣性能的復合材料需求也越來越大。聚合物基導熱絕緣復合材料可應用于LED散熱片、LED熱傳導材料、支架以及LED燈座等方面。該類材料的應用可滿足LED燈高導熱性和絕緣性的要求，有效地降低LED燈的使用溫度，提高其使用壽命。此外，該類材料具有較好的設計自由度和成型性能，所制造的LED燈具具有質輕、美觀等特點。

2、電子封裝領域

過去，電子封裝材料主要采用無機導熱絕緣材料，但隨著電子產品集成技術的發展，電子器件的數量和密集程度越來越高，傳統的無機導熱絕緣封裝材料由于自身性能的限制和難成型性，已無法滿足現代集成電子產品封裝的使用要求。如芯片、電路板涂層以及智能手機在高頻率工作下，電子原件的溫度會急劇上升，導致使用壽命急劇降低。聚合物基導熱絕緣復合材料不僅封裝工藝簡單，且適用于大規模產業化，不僅可將產品工作時產生的熱量散出，延長其使用壽命，同時具有很高的絕緣性能，可確保電子產品使用的安全性。

3、汽車領域

隨著汽車工業的輕量化、美觀化、安全節能等要求的提高，聚合物基導熱絕緣復合材料在汽車行業的應用也逐漸增加。如在汽車油箱蓋、油管線卡、發動機周邊等零部件方面，以玻璃纖維增強的PA系列導熱塑料由于較高的設計自由度和質輕的特點得到很好的應用。

4、發電機領域

高壓發電機工作時產生的熱量如果不及時散出，會嚴重影響電機的工作效率。導熱絕緣材料的應用不僅提高了導熱性能，同時由于基體為聚合物，有效提升了材料的絕緣性能，使復合材料具有較高的體積電阻率和擊穿電壓，因此，該類材料在高電壓大功率的電機方面具有廣泛的應用前景。