作為電子設備散熱體系的“橋梁”，導熱界面材料（TIMs）的性能直接決定芯片、電池等核心部件的壽命與穩(wěn)定性。長期以來，硅油基導熱材料憑借高導熱系數(shù)（5-10 W/m·K）、低硬度和易加工性占據(jù)市場主導地位，但其深層弊端在光學系統(tǒng)、醫(yī)療電子、新能源汽車、高算力芯片等高精尖或者硅敏感的應用場景中逐漸暴露。比如，在長時間的受壓、受熱的環(huán)境，硅基聚合物會發(fā)生熱氧老化，此時主鏈上硅氧鍵會發(fā)生斷裂、重排，從而生成一些低分子硅氧烷析出，不僅會導致材料導熱性能呈指數(shù)級衰減，而且硅氧烷低分子物質(zhì)若遷移至相鄰元器件表面時，還會導致連接器老化、光學鏡頭霧化，甚至器件短路等風險， 而無硅導熱墊片采用無硅聚合物體系，原材料中不含硅分子，很好地解決了上述問題。

導熱硅脂在單機表面發(fā)生滲油現(xiàn)象（來源：網(wǎng)絡）

目前， 無硅導熱界面材料的聚合物基體主要有丙烯酸樹脂、聚氨酯、環(huán)氧樹脂以及聚酰亞胺等。不同的聚合物基體的分子結構和化學性質(zhì)大相徑庭，這直接導致了以它們?yōu)榛w制成的非硅導熱界面材料在性能上也各有千秋。

一、丙烯酸樹脂

丙烯酸樹脂是一組衍生自丙烯酸或甲基丙烯酸的合成聚合物。合成的大分子鏈主要由碳鏈組成，碳鏈分為軟段和硬段。硬段主要由硬單體（甲基丙烯酸酯、苯乙烯等）組成，可以提高樹脂的硬度，軟段主要含有丙烯酸酯等軟單體，可以為樹脂提供柔韌性，其它功能單體如丙烯酸、馬來酸酐等用于共聚以提供不同性能。這種特殊的組成和結構賦予了其一系列優(yōu)勢：

（1）操作性好：打膠時呈膏狀粘度，不會產(chǎn)生流掛，能夠輕松進行手動注膠，同時可以可在室溫，甚至可以在0 ℃以下的低溫下固化。

（2）固化迅速：丙烯酸系膠粘劑中的丙烯酸單體具有較高的反應活性，在引發(fā)劑的作用下，能夠快速發(fā)生自由基聚合反應，在幾分鐘至幾十分鐘內(nèi)完成固化。

（3）粘接性能強：丙烯酸作為導熱性結構膠可為未預處理或僅作最低限度預處理的金屬、復合材料以及大多數(shù)熱塑性塑料提供優(yōu)異的附著力，無需底涂，即可為各種電子器件（如手機、筆記本散熱器，5G基站散熱片、新能源電池包）等提供快速粘接。

丙烯酸樹脂基導熱墊片（來源：）和導熱膠黏劑（來源：煙臺泰盛精化科技）

不過需要注意的是，由于丙烯酸樹脂的固化反應放熱激烈，不適合大間隙的粘接和灌封。同時丙烯酸單體存在毒性高，對產(chǎn)品有腐蝕性，在應用上有一定的限制。

二、聚氨酯

聚氨酯，是對主鏈上含有較多氨基甲酸酯基團的大分子化合物的總稱，與丙烯酸樹脂一樣，其分子鏈同樣是由軟段和硬段組成的嵌段共聚物。不過，聚氨酯的軟段一般由聚酯或聚醚等柔性鏈段構成，硬段則由異氰酸酯和擴鏈劑反應生成，軟段和硬段之間存在著明顯的極性差異，導致它們具有自發(fā)相分離的傾向過程，所以硬段容易聚集在一起形成微區(qū)，分散在軟段形成的連續(xù)相中。當聚氨酯材料被拉伸時，首先是軟段非晶區(qū)分子鏈從卷曲變?yōu)樯煺梗饬?，伸展的分子鏈恢復卷曲狀態(tài)，而硬段晶區(qū)在較大的應力范圍內(nèi)不會出現(xiàn)分子鏈間滑動，它為軟段拉伸提供了一個固定點，使拉伸過程中分子鏈間無相對滑動，因此聚胺酯最突出的特點是，經(jīng)過控制結晶的硬段和不結晶的軟段之間的百分比，能夠得到非常優(yōu)異的柔軟性、回彈性和復原性，能夠很好的貼合散熱面，尤其適合用作動態(tài)接縫或者對于防震性能有一定要求的導熱界面材料，如新能源汽車的電池模塊中。除此之外，由于原料選擇和合成技術的多樣性，聚氨酯灌封膠的成分設計有著極其廣泛的可調(diào)控變化范圍，比如可控的固化時間、優(yōu)異的耐候性和耐久性等...

聚氨酯導熱結構膠用于動力電池（來源：金菱通達）

不過，對于聚氨酯導熱膠粘劑來講，金屬或塑料外觀的油脂與聚氨酯相容性差，而存在的水分會與膠粘劑中的一NCO基團反應產(chǎn)生氣泡，使膠與基材接觸外觀積降低，且使膠粘層內(nèi)聚力降低，因而使用時需要對表面進行較為嚴格的處理或使用底涂材料。

三、環(huán)氧樹脂

環(huán)氧樹脂是指高分子鏈結構中含有兩個或兩個以上環(huán)氧基團的高分子化合物的總稱，屬于熱固性樹脂。由于環(huán)氧基的三元環(huán)結構是指環(huán)氧基團（C-O-C）中的氧原子與兩個碳原子連接形成的環(huán)狀結構，具有極高的化學反應活性，因此其突出特點在于當其與多種含有活潑氫的物質(zhì)，如胺類、酸酐類等固化劑發(fā)生開環(huán)加成反應后，可以形成三維網(wǎng)狀結構的固化物，從而與被粘物產(chǎn)生很強的粘結力，同時具有出色的硬度。而值得注意的是，這種開環(huán)加成反應往往需要固化劑、催化劑等參與后才會發(fā)生，因此在常規(guī)的環(huán)境條件下，環(huán)氧樹脂又能夠保持較長的穩(wěn)定性，具有良好的耐腐蝕性，較慢的老化速度等眾多優(yōu)點，用作導熱灌封膠在電子封裝領域可謂為佼佼者，有助于電子元件能在惡劣環(huán)境下穩(wěn)定運行，極大延長了使用壽命。

環(huán)氧分子

目前，環(huán)氧灌封膠應用范圍廣，技術要求千差萬別，品種繁多。從固化條件上分有常溫固化和加熱固化兩類，從劑型上又可分為有雙組分和單組分兩類。通常單組分環(huán)氧灌封膠采用潛伏性固化劑，耐高溫性和粘接性出色，使用簡便但成本高。而常溫固化的雙組分環(huán)氧灌封膠固化過程極為緩慢，且耐熱性較差，適用于低壓電子器件，加熱固化的雙組分環(huán)氧灌封膠，固化物綜合性能優(yōu)異，適用于高壓電子器件。

四、聚酰亞胺

聚酰亞胺（PI）是分子主鏈中含有酰亞胺環(huán)（-CO-NH-CO-）的雜環(huán)聚合物薄材料，其綜合性能優(yōu)異，除了具有熱穩(wěn)定性（玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）通常在 200℃以上）和絕緣性能，還擁有較高的拉伸強度、彎曲強度和模量，在面對沖擊或振動時，能夠提供優(yōu)異的抗破損能力。在導熱領域，常通過結構設計和有機 / 無機雜化改性，將其制備成柔性聚酰亞胺薄膜后，來滿足柔性光電子器件的散熱需求。例如目前最具代表性的就是利用具有高取向性的石墨烯、六方氮化硼納米片等作為填料進行定向結構設計制成的柔性聚酰亞胺復合薄膜以及直接將其惰性氣氛下加壓碳化、經(jīng)2800-3200℃的石墨化處理后壓制而成的石墨導熱膜，它們在平面上都具有連續(xù)、規(guī)則的導熱路徑，因此都可以充分利用平面內(nèi)導熱率，有效、快速地為電子設備“降溫”。

石墨/PI膜在手機中的應用

然而，高質(zhì)量聚酰亞胺薄膜的研發(fā)、生產(chǎn)具有較高的技術壁壘，目前主要由美國杜邦、日本宇部興產(chǎn)、日本鐘淵化學和韓國SKPI等廠商壟斷，占據(jù)全球80%以上的市場份額，價格普遍偏高（約為65萬元/噸）。

參考文獻：

1、袁浩楠.基于改性導熱填料高導熱聚氨酯灌封膠的研究[D].山東理工大學.

2、徐超超.丙烯酸樹脂基導熱墊片的制備與性能研究[D].華中科技大學.

3、吳志強.聚酰亞胺基導熱復合材料的設計制備與性能研究[D].東華大學.

4、橡膠技術李秀權工作室，聚氨酯彈性的綜述.

5、熱管理實驗室，一文帶您了解“導熱灌封膠”

6、化工技術交流匯，丙烯酸酯、聚氨酯、環(huán)氧樹脂三種材料全方面對比分析.

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