随着电子器件性能的不断提升，其运行过程中产生的热量管理问题已成为影响设备稳定性和使用寿命的关键因素之一。为了高效散热，市场上涌现出多种导热复合材料，如导热胶黏剂、导热硅脂、导热垫片等，它们各有侧重。

其中，导热灌封胶不仅具备良好的导热性能，还兼具出色的密封性和机械保护作用，能够将电子元器件在使用过程中产生的热量有效传导至壳体，同时起到固定、防水、防尘和防震的全方位保护效果。

根据材料组成和性能特点，导热灌封胶主要分为有机硅灌封胶、环氧灌封胶和聚氨酯灌封胶三大类。它们在导热效率、粘接性能、耐温范围等方面各有特点，并广泛应用于高温设备、精密电子器件、新能源电池等领域。

本文将系统分析三种导热灌封胶的材料特点、工艺类型、优势与应用场景，同时与其他导热复合材料进行对比，并展望导热灌封胶在未来热管理领域的发展潜力。

不同基底的灌封胶

在选择导热灌封胶时，基底材料的选择至关重要。不同的基材不仅决定了灌封胶的导热性能和机械性能，还影响其在特定应用场景中的适配性。常见的三类基底——有机硅、环氧树脂和聚氨酯，各自具备独特的优势和局限性，需要根据具体使用需求进行合理选择。

1、有机硅灌封胶

有机硅是一种以硅氧键为主链的聚合物材料，因具有卓越的耐高低温性、电气绝缘性、耐候性、憎水性和耐化学腐蚀性，同时具备优异的加工性能和成型特性，现已成为电子工业中的重要基础材料。

有机硅

虽然有机硅灌封胶硬度低、机械性能差且粘结力不强，但它在高温条件下性能表现稳定，因此是一种很常见的电子封装材料，主要应用于修补灌封后的电子器件及设备。有机硅灌封胶主要分为单组分和双组分，单组分需要高温才能固化，双组分常见的有加成型和缩合型，其中缩合型附着力差且存在固化问题。

2、环氧灌封胶

环氧灌封胶是一种环氧树脂基体与功能性填料混合而成的封装材料，在航空航天等领域广泛用于连接或密封设备。尽管具有优异的粘接性能，良好的耐腐蚀性，较慢的老化速度，较高的硬度等众多优点，但价格高、固化时间长、有毒性等缺点限制了它的应用。

环氧灌封胶

环氧灌封胶可根据其成分的不同分为单组分环氧灌封胶和双组分的灌封胶。单组分环氧灌封胶采用潜伏性固化剂，耐高温性和粘接性出色，使用简便但成本高。双组分环氧灌封胶常温固化适用于低压电子器件，加热固化适用于高压电子器件。

3、聚氨酯灌封胶

聚氨酯灌封胶的分子主链结构中含有许多带极性基团和活性反应基团。由于原料选择和合成技术的多样性，聚氨酯灌封胶的成分和结构设计有着极其广泛的可调控变化范围。因此，聚氨酯灌封胶具备很广泛的产品系列，可应用于不同基材和多样性能需求的领域。这一特性使得聚氨酯材料具备许多优势，如耐久性优异、粘接性能优异、高耐腐蚀性、减震能力强等。

聚氨酯灌封胶

导热填料及表面改性剂

导热填料是提升灌封胶导热性能的核心组成部分，这些填料通过在基体中形成导热通路，大幅提高灌封胶的热传导效率。然而，由于填料与基体材料之间的界面不匹配，可能导致填料分散不均或界面热阻过高，从而影响导热性能。

为改善这一问题，表面改性剂的引入显得尤为重要。表面改性剂可以对填料进行表面处理，增强其与基体的相容性，降低界面热阻，同时提升灌封胶的流动性和加工性能。通过科学设计导热填料与表面改性剂的配比和处理工艺，可以进一步优化灌封胶的综合性能，满足不同领域对导热材料的多样化需求。

1、导热填料

导热填料主要分为碳基填料，金属填料以及陶瓷填料。金属填料有Cu、Al等，它们自身的热导率很高，但绝缘性很低，所以不适用于对绝缘性有一定要求的领域；碳基填料主要有石墨烯和碳纳米管等，相比较于金属填料热导率更高，导电性能优异、耐腐蚀性更优异以及相对较低的热膨胀系数，但成本偏高，改性过程相对复杂，无法大规模推广应用于各个领域；陶瓷材料主要有SiC、AlN等，其导热性能优异，同时还具备较高的绝缘性能，因此其多使用于对绝缘性有一定要求的电子元器件。目前常用的导热填料在常温下的导热系数如表所示。

氮化铝填料

另外，填料的导热系数的大小，粒径以及形状都会影响材料整体的导热性能。导热填料自身的导热性能越高，复合材料整体的导热性能也相对越高。导热填料的粒径及形状则会影响填料在基体中的分布方式及致密程度，分布方式更合理，致密程度更高，更容易有效地构建导热网络，因此它们对复合材料的导热性也存在影响。

不同形状填料间复配的协同作用

导热填料在复合材料中的填充量，分散程度以及填料与基体之间的相互作用程度也都会对复合材料的导热性能有影响。随着填充量的慢慢增加，填料的致密性也在慢慢增加，当填充量达到一定数值后，使得分散在基体中的填料能够相互接触，有效地构成导热网络，使得热量能够快速有效的传输，从而提高复合材料整体的导热性能。

2、表面改性剂

经过研究发现，只是简单的掺混导热填料，提高填料的填充量，可以提高复合材料的导热性能，但无法使得导热复合材料的导热性能得到最大的提升。解决上述问题最为常见的方法就是使用表面改性剂改性导热填料，提高填料在基体中的分散性，加强填料与基体之间的相互作用，提高填料与基体之间的结合程度，进而进一步提高导热复合材料的导热性能。

（1）偶联剂改性

目前，导热填料表面改性剂最常用的是偶联剂。这其中应用最为广泛的就是硅烷偶联剂，由于它特有的分子结构，使得它既存在能和无机材料结合的基团，又存在能和有机材料结合的基团。通过这种方式它就可以将差异很大、相性较差的两种材料连接起来，加强材料之间的相互作用力，进而使得复合材料有更加优异的性能。

偶联剂工作原理

（2）表面接枝改性及有机物包覆

除了偶联剂，还可以使用特殊的改性剂对导热填料进行表面接枝改性或者使用有机物包覆导热填料。如Yang等首先用聚邻苯二酚/聚胺（PCPA）对功能化BN片进行改性，然后用双-（γ-三乙氧基硅丙基）-四硫化物接枝改性BN片，而后与天然橡胶共混制备成复合材料。结果表明导热填料改性后的复合材料的导热性能与力学性能都得到显著提高。

结语

综上所述，导热灌封胶因其优异的导热性能与多功能保护作用，在电子器件热管理领域中发挥着不可或缺的作用。通过科学选择基底材料、优化导热填料的种类与分散性，并合理引入表面改性剂，可显著提升导热灌封胶的综合性能，满足各类复杂应用需求。未来，随着新型材料和工艺的不断发展，导热灌封胶将在电子、汽车、新能源等领域展现更广阔的应用潜力，助力高性能设备的长效稳定运行。

资料来源：

1、袁浩楠.基于改性导热填料高导热聚氨酯灌封胶的研究[D].山东理工大学,2024.

2、朱洪涛,李红强,吴向荣,等.导热有机硅材料的研究进展[J].有机硅材料,2023,37(05):70-77.

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