【科普知识】为啥六方氮化硼与热塑性塑料更配？

热塑性塑料是一类在一定温度下具有可塑性，冷却后固化且能重复这种过程的塑料，可加工性强，可采用挤出、注射或吹塑等成型加工方式，通常具有很好的绝缘性同时导热性能差。

为啥需要绝缘导热塑料

电子和电气设备不断在越来越小的体积中制造出越来越多的能量，这使得传统的金属散热方式遇到挑战，制备微小而复杂的形状组件成本高昂且低效。而塑料具有其易于加工特性带来了独特的解决方案，且塑料相比于金属或陶瓷等非金属材料而言比重更小，可以让组件更轻，这对于材料的运输甚至使用中的能量消耗降低有着重要意义。

塑料虽然具有很多优点，但不能忽视的是其导热性能差这一点，在工业上，为了让塑料满足电子电器设备的散热需求，通常通过在塑料中添加导热填料的方式来让它导热性达到应用需求。总的来说，相比于金属及陶瓷等无极材料绝缘导热塑料具有成本更低、制备过程自动化程度高、成型周期更短的特点。

图2：注塑成型系统

图3：各种注塑成型件

导热绝缘塑料的典型应用

在许多应用中，热塑性塑料零件都可以取代金属、陶瓷等材料。“导热性”+“电气绝缘”+“容易成型”的特性（此外，塑料还具备绝佳的色彩控制能力这是金属及陶瓷望尘莫及的），使导热塑料的用途得以极大程度扩展，不仅可以替代金属，还可以替代混杂复合材料的组件，导热绝缘塑料开启了通往时代焦材料--新型热管理应用的大门。

在这些场合热塑性化合物必须具备所需的导热性才能满足这些应用的需求，常见的典型应用包括：电路板上的定制模具式散热器、设备热交换器的管道、高速旋转机械组件的绝缘部件、LED灯泡的散热外壳、电信设备的组件、汽车发动机罩内的零件/外壳以及电子组件单元等。

为啥hBN与热塑性塑料更配？

过去为了改善塑料的某些性能或降低塑料的制备的成本，往往会添加重晶石，碳酸钙、高岭土等低成本矿物或玻璃填料。但由于这些填料能力较差不适用于更高级别的导热要求的塑料制品，此外对于有电气绝缘性能要求的应用领域而言，金属、碳和石墨填料也不适用，综合各种要求，陶瓷填料已成为标准的选择，常见的导热绝缘陶瓷填料中有hBN（六方氮化硼）、AIN、Si3N4、SiC、Al2O3以及ZnO等，hBN密度最低，摩擦系数也较低。导热填料除了应该具备优秀的绝缘导热能力外，其添加对热塑性塑料的加工过程的影响也是我们不得忽视的重要组成，下是六方氮化硼的几个优势整理。

1、hBN因具有类似石墨的片状形状而素有白色石墨之称，hBN光滑无摩擦，可大大降低了注塑成型和挤压设备的磨损，有效提升设备的使用寿命。

2、hBN呈白色，当明确要求洁白干净的外观时这一点尤为有用，例如食品和医用聚合物。

3、在众多陶瓷填料中，hBN密度最低，低密度有助于最大程度地降低组件重量，可可实现制造轻量化的塑料化合物。

当然，除了如上几点之外，hBN的添加还能使塑料具有低热膨胀系数，让塑料组件尺寸更稳定，有助于满足尺寸要求严苛应用场合需求。同时，对于复合材料而言，不同组分之间的相容性也及其重要的考核条件，经过合适的表面处理，hBN可以与多种树脂体系相容，可以得到性能更加好、更稳定的塑料制品。

图5：六方氮化硼

文章来源：粉体圈