关于填料的定义不同出处差别较大，各种定义近20种。但简单、精确的定义应是：填料是一种固体材料，它具有通过自身的物理化学特性和表面相互作用，来改变（被填充）材料物理和化学性质的能力。当然，为了降低使用成本而使用填料也是填料最初被应用的一个重要原因。

如下以覆铜板填料为例举例说明填料的使用可以带来什么好处。填料在覆铜板中的功用归纳如下：

1、填料的加入可以提高覆铜板的耐热性能（Tg、Td、热变形温、降低热膨胀系数--CTE等）及可靠性；有许多材料，例如刚性和柔性聚酰亚胺材料，平均Tg为220°C。碳氢化合物陶瓷填充基板的温度高于280°C，基于聚四氟乙烯的层压板的温度>300°C；

2、填料的添加可制造高热导率的覆铜板、高介电常数低损耗覆铜板、防静电功能的覆铜板等；

3、填料的加入可以改善①覆铜板的阻燃性能；②耐CAF性能（CAF也叫离子迁移，全称ConductiveAnodicFilament--导电性阳极丝，是指对印刷电路板电极间后加入电场时，金属离子沿玻纤纱从一金属电极向另一金属电极移动，析出金属和化合物的现象，此现象会导致绝缘层劣化）；③提高CTI指数[CTI全称ComparativeTrackingIndex--相对漏电起痕指数，该参数是用来度量绝缘体的电击穿（电痕破坏）性能的指数]等；

4、填料的加入可以降低覆铜板的成型收缩率，提高制品的尺寸稳定性、平整度、表面光洁度平滑性以及平光性或无光性等；

5、填料的引入可有效地控制体系的粘度和粘结片的流动度，并可制取不流动粘结片；

6、填料的加入可降低板材的热膨胀系数，同时降低吸水率内部应力收缩率，提高板材的弹性模量刚度冲击强度等。

▲覆铜板

填料比例多少算高填充？

填料作为复合材料的重要组成之一，其填充技术越来越重要。很多情况下，实现填料的高填充对进步发挥填料特性以提升复合材料的性能是非常必要的。那多少算高呢？

在不同的应用场合，“高填充”对应的填充比例门槛是不同的。高填充其实只是一个相对的概念。

例如质量占比70%的填料对环氧塑封料来说某本上是很低的填充比例，而对覆铜板来说已经儿乎是最高比例了。对于木器漆清漆而言，6%也是比较高的填充量，而对于导热硅脂，填料质量占比甚至可以达到94%左右。但是，无论填充的比例高低，所面临的问题既具有个性，更具有共性，比如体系黏度问题、分散均匀性问题、填料和基体之间的界面问题，等等。这些问题都与填料特性、填料使用工艺、填料配伍等密切相关。

▲导热硅脂，填料质量可以达到94%左右

▲木器漆清漆，6%也算高填充量

填料特性对高填充的影响

填料的选择是为其应用性能服务的。不同的填料及其特性会对填料高填充产生直接影响，影响高填充最关键的有以下特性

1、填料密度

体积越大，因此填料填充后休系的黏度越大。填料通常是以质量来计量进行使用的，但事实上大多数复合材料制品是以尺寸来计量的（件数或长度或面积或体积）。因此，不同密度的填料，相同质量分数填充的结果其流变行为会有很大差异。比如，相似粒度分布的熔融二氧化硅（密度2.2g/cm3）、天然二氧化硅（密度2.65g/cm3）、氧化铝（密度3.9 g/cm3），填充后对复合材料体积的贡献和体系黏度表现差别很大。

▲填充一般按质量分数算，密度不同，体积不一样~

2、粒径及粒径分布

在环氧塑封料行业，填料最大粒径受注射流道截面尺寸的限制，超过截面尺寸的颗粒会引起注射孔堵塞，引起元器件封装不满甚至漏封的问题。类似地，覆铜板用填料的最大粒径也会受板厚、PCB加工精度等要求的限制。

理论上填充粉体适当的“颗粒级配”可以带来填充密度的提高，例如住友电木专利气指出：平均粒径为10μm-20μm球形硅微粉，平均粒径为20μm-60μm的球硅，平均粒径为0.1μm-10μm球硅，三段球硅产品进行复配，实现塑封料的高填充。但实际应用中，并不是简单颗粒级别就能达到更好的效果。例如宁云峰在研究发现(参考文献3)，在热固性酚醛树脂复合材料中固定球形氧化铝填充量60wt%，全部用40微米的球形氧化铝时导热率最高（0.78W·m^-1·K^-1），而将40微米与5微米分别按照7：3和6：4配比使用后导热率反而下降（分别为0.52W·m2·K^-1和0.48W·m2·K^-1）。这是因为都用大粒径时已经接近最大填充，大颗粒相互接触形成了导热通路，但在固定填充量60wt%的条件下，小颗粒替代部分大颗粒后，导致导热通路反而更少。为了获得更高的填充密度及实际应用效果，一些理论模型的创建及实验检验也许是有帮助的。

3、颗粒形状

颗粒形状对填充后的流变行为有很大影响。Einstein 研究填料浓度对分散体系黏度的影响时给出如下公式：

η=η1(1+Kgν2)

式中η为体系黏度，η为树脂基体黏度，ν2为填料浓度，刚性球状粒子和正常流体的Kg为2.5；纤维填料Kg值随长径比增人而增加，对于单轴取向的填料Kg为长径比的2倍。因此，颗粒长径比增加后，填充体系的黏度增大。

一般来说，从填充致密性方面讲，空隙率随颗粒圆形度的降低而增高。松下电工2007年公开专利使用0.05-5μm球形硅微粉填料，能够实现54.5%-64%的填充量，提高薄型CCL的耐热性和弯曲模量。

此外，球形颗粒作为导热聚合物填料也是一个非常热门的应用研究对象。对于导热粒子与聚合物复合体系而言，由于两者导热系数相差巨大（通常在100倍以上），热阻主要集中在聚合物与多相界面，提高填充率才是提高导热系数的关键，而高球形度可以获得更大的填充率，从而达到我们获得更高热导率复合材料。

▲球形填料填充后粘度低，致密度高，但成本也大

4、颗粒表面特性

填料颗粒形状、表面形貌等影响填料的比表面积，影响填料填充后体系的流变行为。

填料的表面改性一直是颗粒表面特性控制的热门话题。用物理或化学方法对填料粒子表面进行处理后，改变了粒子表面的物化性质和赋予与其他物质相结合的各种宫能团。填料通过表面处理，一方面可以减小粒子间的作用力，有效防止粒子间团聚，降低整个休系的粘度，改善高填充体系的流动性；另一方面可以增强粒了与聚合物基体的相容性，使填料粒了在聚合物基体中均匀分散。

▲无机填料颗粒与聚合物基质不相容时，通过表面改性，可以让填料与基体两者之间由“空气连接”变成刚性连接

填料的使用方法对高填充性能的影响

对不同的树脂体系（不同的应用范畴），不同的使用工艺，对填料的高填充的实现都有着重要的影响。

1、树脂基体

一般来说树脂基体黏度越低，越有利于填料高填充。熔融二氧化硅填料在CCL的环氧酚醛体系中30%已经很困难，但在PTFE体系中则可以达到65-70%；氧化铝填料在导热复合材料中，与硅油配比生产导热硅脂可达94%，而在导热环氧灌封胶中则要低得多。

联苯型环氧树脂、双环戊二烯型环氧树脂、邻甲酚醛环氧树脂、液晶环氧树脂等是高耐热、低吸潮、低粘度环氧树脂的典型代表，使用这些树脂有助于提高填料填充量。

▲硅油

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2、填料分散

目前大多数覆铜板行业使用填料时都是在混胶工序直接将各组分投入反应釜进行混合、分散和均化，尽管在分散设备、投料次序等方面不断进步使得分散效果越来越好，但是在填料粒度越来越细、产品性能要求越来越高的趋势下，填料分散问题仍然是关键点之一。为了使填料更好的分散，雅都玛株式会社专利巴采用填料制成浆料的方法即将平均粒径0.1μm-5μm，平均粒径1nm-50nm，两种产品复配制成浆料与胶水通过一定的方法制备成均匀的低粘度混合物，再添加到树脂体系当中，实现高填充小粒径产品分散难的问题。

其次使用分散强度更高的设备也是一个提升填料分散度的方式，对于纯液体混合，一般采用桨式搅拌设备即可。但对于团聚 的填料，则需要能量更大的设备才能将其再次打散。目前行业用得比较多的是高速分散盘和管线式乳化器，也有使用砂磨机、球磨机、高压均质机这类高效率设备对高填充体系进行处理，但需要注意的是这类设备由于能量过大，可能会造成粒径的改变。

此外，减缓投料速度、少量多批次投料；改变投料进口（将投料口设置到胶液里面），也能一定程度上改善填料分散不好的问题。

3、填料配伍对高填充的协同作用

高填充加强了填料的优势特性，但往往也同时加强其劣势特性。因此，填料高填充时，更需要考虑填料的配伍使用问题。许多研究表明使用了两种甚至三种完全不同类别的填料配合使用来获得复合使用要求的复合材料。

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参考资料：

[1]曹家凯,孙小耀.江苏联瑞新材料股份有限公司.填料高填充技术的研究进展[C].

[2]刘锦琼,张华,刘文龙,钟健伟.广东生益科技股份有限公司.高填充体系覆铜板生产特点

[3]宇云峰.高填充热固性酚醛树脂复合材料的导热及增韧研究

编辑整理：粉体圈Alpha

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