熱傳導過程采取擴散形式, 但各種材料的導熱機理是不同的。儲九榮等對材料的導熱機理進行了詳細的討論。固體內(nèi)部的導熱載體分別為電子、聲子(點陣 波) 、光子(電磁輻射)3 種。對聚合物而言, 通常為飽和體系, 無自由電子, 導熱 載體為聲子, 熱傳導主要依靠晶格振動。聚合物相對分子質(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對聲子有散射作用, 使聚合物材料的熱導率很小。

要使聚合物具有更好的熱導率, 可通過以下 2 種方式進行改性:

      (1)合成具有高熱導率的聚合物;

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

導熱網(wǎng)鏈型

     1.1 導熱網(wǎng)鏈型 填料的熱導率及其在聚合物基體中的分布形式?jīng)Q定了整個復合材料的熱導率。當填料的填加量較少時,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)。當填料的填充量達到某 一臨界值時,填料之間會相互接觸,形成導熱網(wǎng)鏈。隨著填充量的增加,導熱網(wǎng)鏈 相互貫穿,復合材料導熱性能顯著提高。這就如同一個簡單的電路, 基體和填料分別看作 2 個熱阻。當填充量較小時,不能形成導熱網(wǎng)鏈,從熱流方向來看,基體 和填料相當于是串聯(lián)的熱阻,阻值越大,導熱性越差;當填充量較大時,填料之間 相接觸,形成導熱網(wǎng)鏈,導熱網(wǎng)鏈熱阻小,此時基體和填料在熱流方向上相當于并聯(lián), 導熱網(wǎng)鏈在熱量傳遞過程中起主導作用, Agari 模型即是以導熱網(wǎng)鏈機理為基礎(chǔ)的。 這就如同一個簡單的電路,基體和填料分別看作 2 個熱阻。當填充量較小時, 不能形成導熱網(wǎng)鏈,從熱流方向來看,基體和填料相當于是串聯(lián)的熱阻,阻值越大, 導熱性越差;當填充量較大時,填料之間相接觸,形成導熱網(wǎng)鏈,導熱網(wǎng)鏈熱阻小, 此時基體和填料在熱流方向上相當于并聯(lián),導熱網(wǎng)鏈在熱量傳遞過程中起主導作用,。Agari 模型即是以導熱網(wǎng)鏈機理為基礎(chǔ)的。 熱彈性組合增強型

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