作为电子设备散热体系的“桥梁”，导热界面材料（TIMs）的性能直接决定芯片、电池等核心部件的寿命与稳定性。长期以来，硅油基导热材料凭借高导热系数（5-10 W/m·K）、低硬度和易加工性占据市场主导地位，但其深层弊端在光学系统、医疗电子、新能源汽车、高算力芯片等高精尖或者硅敏感的应用场景中逐渐暴露。比如，在长时间的受压、受热的环境，硅基聚合物会发生热氧老化，此时主链上硅氧键会发生断裂、重排，从而生成一些低分子硅氧烷析出，不仅会导致材料导热性能呈指数级衰减，而且硅氧烷低分子物质若迁移至相邻元器件表面时，还会导致连接器老化、光学镜头雾化，甚至器件短路等风险， 而无硅导热垫片采用无硅聚合物体系，原材料中不含硅分子，很好地解决了上述问题。

导热硅脂在单机表面发生渗油现象（来源：网络）

目前， 无硅导热界面材料的聚合物基体主要有丙烯酸树脂、聚氨酯、环氧树脂以及聚酰亚胺等。不同的聚合物基体的分子结构和化学性质大相径庭，这直接导致了以它们为基体制成的非硅导热界面材料在性能上也各有千秋。

一、丙烯酸树脂

丙烯酸树脂是一组衍生自丙烯酸或甲基丙烯酸的合成聚合物。合成的大分子链主要由碳链组成，碳链分为软段和硬段。硬段主要由硬单体（甲基丙烯酸酯、苯乙烯等）组成，可以提高树脂的硬度，软段主要含有丙烯酸酯等软单体，可以为树脂提供柔韧性，其它功能单体如丙烯酸、马来酸酐等用于共聚以提供不同性能。这种特殊的组成和结构赋予了其一系列优势：

（1）操作性好：打胶时呈膏状粘度，不会产生流挂，能够轻松进行手动注胶，同时可以可在室温，甚至可以在0 ℃以下的低温下固化。

（2）固化迅速：丙烯酸系胶粘剂中的丙烯酸单体具有较高的反应活性，在引发剂的作用下，能够快速发生自由基聚合反应，在几分钟至几十分钟内完成固化。

（3）粘接性能强：丙烯酸作为导热性结构胶可为未预处理或仅作最低限度预处理的金属、复合材料以及大多数热塑性塑料提供优异的附着力，无需底涂，即可为各种电子器件（如手机、笔记本散热器，5G基站散热片、新能源电池包）等提供快速粘接。

丙烯酸树脂基导热垫片（来源：）和导热胶黏剂（来源：烟台泰盛精化科技）

不过需要注意的是，由于丙烯酸树脂的固化反应放热激烈，不适合大间隙的粘接和灌封。同时丙烯酸单体存在毒性高，对产品有腐蚀性，在应用上有一定的限制。

二、聚氨酯

聚氨酯，是对主链上含有较多氨基甲酸酯基团的大分子化合物的总称，与丙烯酸树脂一样，其分子链同样是由软段和硬段组成的嵌段共聚物。不过，聚氨酯的软段一般由聚酯或聚醚等柔性链段构成，硬段则由异氰酸酯和扩链剂反应生成，软段和硬段之间存在着明显的极性差异，导致它们具有自发相分离的倾向过程，所以硬段容易聚集在一起形成微区，分散在软段形成的连续相中。当聚氨酯材料被拉伸时，首先是软段非晶区分子链从卷曲变为伸展，消除外力，伸展的分子链恢复卷曲状态，而硬段晶区在较大的应力范围内不会出现分子链间滑动，它为软段拉伸提供了一个固定点，使拉伸过程中分子链间无相对滑动，因此聚胺酯最突出的特点是，经过控制结晶的硬段和不结晶的软段之间的百分比，能够得到非常优异的柔软性、回弹性和复原性，能够很好的贴合散热面，尤其适合用作动态接缝或者对于防震性能有一定要求的导热界面材料，如新能源汽车的电池模块中。除此之外，由于原料选择和合成技术的多样性，聚氨酯灌封胶的成分设计有着极其广泛的可调控变化范围，比如可控的固化时间、优异的耐候性和耐久性等...

聚氨酯导热结构胶用于动力电池（来源：金菱通达）

不过，对于聚氨酯导热胶粘剂来讲，金属或塑料外观的油脂与聚氨酯相容性差，而存在的水分会与胶粘剂中的一NCO基团反应产生气泡，使胶与基材接触外观积降低，且使胶粘层内聚力降低，因而使用时需要对表面进行较为严格的处理或使用底涂材料。

三、环氧树脂

环氧树脂是指高分子链结构中含有两个或两个以上环氧基团的高分子化合物的总称，属于热固性树脂。由于环氧基的三元环结构是指环氧基团（C-O-C）中的氧原子与两个碳原子连接形成的环状结构，具有极高的化学反应活性，因此其突出特点在于当其与多种含有活泼氢的物质，如胺类、酸酐类等固化剂发生开环加成反应后，可以形成三维网状结构的固化物，从而与被粘物产生很强的粘结力，同时具有出色的硬度。而值得注意的是，这种开环加成反应往往需要固化剂、催化剂等参与后才会发生，因此在常规的环境条件下，环氧树脂又能够保持较长的稳定性，具有良好的耐腐蚀性，较慢的老化速度等众多优点，用作导热灌封胶在电子封装领域可谓为佼佼者，有助于电子元件能在恶劣环境下稳定运行，极大延长了使用寿命。

环氧分子

目前，环氧灌封胶应用范围广，技术要求千差万别，品种繁多。从固化条件上分有常温固化和加热固化两类，从剂型上又可分为有双组分和单组分两类。通常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。而常温固化的双组分环氧灌封胶固化过程极为缓慢，且耐热性较差，适用于低压电子器件，加热固化的双组分环氧灌封胶，固化物综合性能优异，适用于高压电子器件。

四、聚酰亚胺

聚酰亚胺（PI）是分子主链中含有酰亚胺环（-CO-NH-CO-）的杂环聚合物薄材料，其综合性能优异，除了具有热稳定性（玻璃化转变温度（Tg）通常在 200℃以上）和绝缘性能，还拥有较高的拉伸强度、弯曲强度和模量，在面对冲击或振动时，能够提供优异的抗破损能力。在导热领域，常通过结构设计和有机 / 无机杂化改性，将其制备成柔性聚酰亚胺薄膜后，来满足柔性光电子器件的散热需求。例如目前最具代表性的就是利用具有高取向性的石墨烯、六方氮化硼纳米片等作为填料进行定向结构设计制成的柔性聚酰亚胺复合薄膜以及直接将其惰性气氛下加压碳化、经2800-3200℃的石墨化处理后压制而成的石墨导热膜，它们在平面上都具有连续、规则的导热路径，因此都可以充分利用平面内导热率，有效、快速地为电子设备“降温”。

石墨/PI膜在手机中的应用

然而，高质量聚酰亚胺薄膜的研发、生产具有较高的技术壁垒，目前主要由美国杜邦、日本宇部兴产、日本钟渊化学和韩国SKPI等厂商垄断，占据全球80%以上的市场份额，价格普遍偏高（约为65万元/吨）。

参考文献：

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.

2、徐超超.丙烯酸树脂基导热垫片的制备与性能研究[D].华中科技大学.

3、吴志强.聚酰亚胺基导热复合材料的设计制备与性能研究[D].东华大学.

4、橡胶技术李秀权工作室，聚氨酯弹性的综述.

5、热管理实验室，一文带您了解“导热灌封胶”

6、化工技术交流汇，丙烯酸酯、聚氨酯、环氧树脂三种材料全方面对比分析.

粉体圈Corange整理