在一些工作温度要求严格的工况中，设备或材料的散热问题成为影响其使用性能和寿命的关键问题。如大功率电子产品、电动机等设备，常常因工作温度过高导致性能恶化和寿命缩短的现象。在要求散热和绝缘的场合，采用导热绝缘材料是解决问题的一个有效途径。尽管金属材料具有优异的导热性能，但其绝缘性能不尽人意，无法满足该类产品的需求；聚合物材料具有较好的电绝缘性能，但其导热性过低，也无法满足使用要求。对于无机非金属材料，其有较好的导热性能和绝缘性能，但加工成型性较差，限制了其应用范围。复合材料性能的可设计性，为研发新型导热绝缘材料提供了一个新的途径。其中，聚合物基导热绝缘复合材料兼具了导热、绝缘、优良的力学性能和成型性能等特性，可满足导热绝缘工况下产品对材料性能的要求。

01 基体材料

聚合物基导热绝缘复合材料常用聚酰胺(PA)6、聚碳酸酯(PC)、聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)等材料作为基体材料，也有采用PA46，PA66，聚苯硫醚(PPS)，丙烯腈–丁二烯–苯乙烯塑料(ABS)等材料的情况。这些基体材料作为发展历史较长的工程应用型材料，它们具有优良的力学性能、较好的耐磨性、自润滑性能、耐腐蚀性能以及加工成型性能，在工业发展中占有重要地位，并在生活中得到广泛的应用。

02  导热填料

作为复合材料导热填料的物质有多种，一般常用的材料是金属填料，如铜、铝、铁、锌、镍和银等金属。其中，铝由于具有相对较高的导热系数、低的密度和高填充率等因素，是首选的金属填料。尽管金属填料具有较高的导热系数，填充量较低时，就可使复合材料具有较高的导热性，成为长期以来使用广泛的导热填料，但该类填料降低了材料的绝缘性能，因此，在散热绝缘的场合，该类填料无法满足使用要求。为此，目前主要采用无机粒子来代替金属填料。无机粒子填料主要为金属氧化物和金属氮化物，常见的有氮化硅、氮化硼(BN)、氮化铝(AlN)、碳化硅(SiC)、氧化钙、氧化镁、氧化硅、氧化铝(Al2O3) 和氧化铋等无机填料。无机填料电绝缘性能优良，价格低廉，来源广泛，但与金属填料相比，导热性能逊色，为此，要实现优良的导热性能，通常采用高填充量的方式来实现。氮化物填料是无机填料中导热性能和绝缘性能都比较优异的一类填料，如氮化硅、氮化硼和氮化铝等，是导热绝缘填料中优先选择的填料，但实际中，该类填料价格昂贵，一般只是少量添加，即其作为辅助填料与其它填料共同添加来实现复合材料导热绝缘性能的提高。

03 导热机理

对填充型聚合物基导热绝缘复合材料而言，由于其基体中填充了大量的导热绝缘填料，其导热性能主要依赖于聚合物基体和填料之间的协同作用来实现。当填料比例相对较低时，填料被包覆在聚合物基体内，粒子之间不能接触，两相界面形成热阻，阻碍热量的传递，此时导热性能受制于聚合物基体的导热性能；随着填料含量的增加，导热粒子相互接触，在基体内部形成一定的网链结构——导热网链，热量可沿着导热网链传递，可显著提升复合材料的导热性能，这也是目前普遍认可的一种导热机理。在此状况下，复合材料的导热性能主要取决于填料自身的导热性，但也受填料形状、填料种类、粒径大小、组分构成等因素的影响。提高复合材料导热性能主要有两个途径：一是促使材料内部导热网链的形成，例如可采用提高填料含量、改变填料粒子形状以及采用不同粒径的填料复配使用等方法来实现；二是降低界面热阻，即减小声子扩散过程中的散射，一般常采用改性剂对材料表面进行改性的方法来实现。

04 应用领域

1、LED照明领域

LED产业的快速发展使得市场对具有高导热性以及绝缘性能的复合材料需求也越来越大。聚合物基导热绝缘复合材料可应用于LED散热片、LED热传导材料、支架以及LED灯座等方面。该类材料的应用可满足LED灯高导热性和绝缘性的要求，有效地降低LED灯的使用温度，提高其使用寿命。此外，该类材料具有较好的设计自由度和成型性能，所制造的LED灯具具有质轻、美观等特点。

2、电子封装领域

过去，电子封装材料主要采用无机导热绝缘材料，但随着电子产品集成技术的发展，电子器件的数量和密集程度越来越高，传统的无机导热绝缘封装材料由于自身性能的限制和难成型性，已无法满足现代集成电子产品封装的使用要求。如芯片、电路板涂层以及智能手机在高频率工作下，电子原件的温度会急剧上升，导致使用寿命急剧降低。聚合物基导热绝缘复合材料不仅封装工艺简单，且适用于大规模产业化，不仅可将产品工作时产生的热量散出，延长其使用寿命，同时具有很高的绝缘性能，可确保电子产品使用的安全性。

3、汽车领域

随着汽车工业的轻量化、美观化、安全节能等要求的提高，聚合物基导热绝缘复合材料在汽车行业的应用也逐渐增加。如在汽车油箱盖、油管线卡、发动机周边等零部件方面，以玻璃纤维增强的PA系列导热塑料由于较高的设计自由度和质轻的特点得到很好的应用。

4、发电机领域

高压发电机工作时产生的热量如果不及时散出，会严重影响电机的工作效率。导热绝缘材料的应用不仅提高了导热性能，同时由于基体为聚合物，有效提升了材料的绝缘性能，使复合材料具有较高的体积电阻率和击穿电压，因此，该类材料在高电压大功率的电机方面具有广泛的应用前景。