填充型膠粘劑的熱導(dǎo)率主要取決于樹(shù)脂基體、導(dǎo)熱填料及兩者形成的界面，而導(dǎo)熱填料的種類、用量、粒徑、幾何形狀，混雜填充及表面改性等因素均會(huì)對(duì)膠粘劑的導(dǎo)熱性能產(chǎn)生影響。

1)導(dǎo)熱填料的種類和用量

填料種類和用量均會(huì)對(duì)膠粘劑熱導(dǎo)率產(chǎn)生影響。當(dāng)填料較少時(shí)，填料被基體樹(shù)脂完全包裹，絕大多數(shù)填料粒子之間未能直接接觸;此時(shí)，膠粘劑基體成為填料粒子之間的熱流障礙，抑制了填料聲子的傳遞，故不論添加何種填料都不能顯著提高膠粘劑的熱導(dǎo)率。

隨著填料用量的增加，填料在基體中逐漸形成穩(wěn)定的導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)，此時(shí)熱導(dǎo)率迅速增加，并且填充高熱導(dǎo)率填料更有利于提高膠粘劑的熱導(dǎo)率。然而，填料的熱導(dǎo)率過(guò)大也不利于體系熱導(dǎo)率的提高。研究表明:當(dāng)填料與基體樹(shù)脂的熱導(dǎo)率之比超過(guò)100時(shí)，復(fù)合材料熱導(dǎo)率的提高并不顯著。

上一個(gè)研究實(shí)例中顯示的數(shù)據(jù)，用以說(shuō)明填料的量與傳熱性能的關(guān)系。在膠粘劑中添加高導(dǎo)熱填料后，復(fù)合材料的熱導(dǎo)率隨填料用量增加而顯著提升。研究表明:當(dāng)w(人造金剛石SD)=20%(相對(duì)于環(huán)氧樹(shù)脂EP質(zhì)量而言)時(shí)，熱導(dǎo)率為0.335W(/m·K);當(dāng)w(SD)=50%時(shí)，熱導(dǎo)率為1.07W(/m·K)，較純樹(shù)脂提高了3.5倍;當(dāng)w(SD)<20%時(shí)，體系的熱導(dǎo)率緩慢增加;當(dāng)w(SD)>20%時(shí)，體系的熱導(dǎo)率迅速上升。這是因?yàn)楫?dāng)w(SD)>20%時(shí)，顆粒之間開(kāi)始相互接觸，逐漸形成導(dǎo)熱鏈;當(dāng)w(SD)=50%時(shí)，顆粒之間大量接觸，形成導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)，故熱導(dǎo)率顯著提高。

2)導(dǎo)熱填料的粒徑和幾何形狀

當(dāng)填料用量相同時(shí)，納米粒子比微米粒子更有利于提高膠粘劑的熱導(dǎo)率。納米粒子的量子效應(yīng)使晶界數(shù)目增加，從而使比熱容增大且共價(jià)鍵變成金屬鍵，導(dǎo)熱由分子(或晶格)振動(dòng)變?yōu)樽杂呻娮觽鳠?，故納米粒子的熱導(dǎo)率相對(duì)更高;同時(shí)，納米粒子的粒徑小、數(shù)量多，致使其比表面積較大，在基體中易形成有效的導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)，故有利于提高膠粘劑的熱導(dǎo)率。

對(duì)微米粒子而言，填料用量相同時(shí)大粒徑的導(dǎo)熱填料比表面積較小，不易被膠粘劑包裹，故彼此連接的概率較大(更易形成有效的導(dǎo)熱通路)，有利于膠粘劑熱導(dǎo)率的提高。

一個(gè)具體案例，研究表明:當(dāng)填料用量相同時(shí)，含30nm的Al2O3體系之熱導(dǎo)率相對(duì)最高，含20μm的Al2O3體系之熱導(dǎo)率其次，而含2μm的Al2O3體系之熱導(dǎo)率相對(duì)最低。這是因?yàn)樘盍嫌昧肯嗤瑫r(shí)，納米粒子的比表面積比微米粒子大，龐大的比表面積使之形成導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)的概率高于微米粒子;對(duì)20、2μm的Al2O3填充體系而言，較小粒徑具有較大的比表面積，與基體接觸的相界面更多，從而更容易被基體包裹，無(wú)法形成有效的導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)，故2μm的Al2O3填充體系之熱導(dǎo)率相對(duì)最低。

當(dāng)填料用量相同時(shí)，不同幾何形狀的同種填料在基體中形成的導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)概率不同，較大長(zhǎng)徑比的導(dǎo)熱填料更易形成導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)，從而更有利于提高基體的熱導(dǎo)率。上數(shù)字，研究表明:當(dāng)φ(納米級(jí)銀線)=26%(相對(duì)于環(huán)氧樹(shù)脂EP膠粘劑體積而言)時(shí)達(dá)到滲流閾值，熱導(dǎo)率從5.66W(/m·K)增至10.76W(/m·K);當(dāng)φ(納米級(jí)銀棒)=28%、φ(納米級(jí)銀塊)=38%時(shí)達(dá)到滲流閾值;長(zhǎng)徑比越大滲流閾值越小。與銀棒和銀塊相比，長(zhǎng)徑比大的銀線由于其取向性使樹(shù)脂體系內(nèi)形成導(dǎo)熱網(wǎng)鏈的概率增加，填料較少時(shí)即可達(dá)到較高的熱導(dǎo)率。

3)導(dǎo)熱填料的混雜填充

與單一粒徑的填料填充體系相比，不同粒徑大小、同種填料的混雜填充更有利于提高膠粘劑的熱導(dǎo)率。同種填料不同形態(tài)的混雜填充比單一球形填料填充更易獲得高熱導(dǎo)率的膠粘劑。不同種類的填料在適當(dāng)配比時(shí)，混雜填充亦優(yōu)于單一種類填料填充。這歸因于上述混雜填充均較易形成緊密堆積結(jié)構(gòu)，而且混雜填充時(shí)高長(zhǎng)徑比粒子易在球形顆粒間起到架橋作用，從而減小了接觸熱阻，進(jìn)而使體系具有相對(duì)更高的熱導(dǎo)率。研究表明:當(dāng)w(AlN)=80%(相對(duì)于硅橡膠質(zhì)量而言)、粒徑分別為15、5μm時(shí)，體系的熱導(dǎo)率分別為1.83、1.54W(/m·K);在保證AlN總用量不變、兩種粒徑的顆

粒質(zhì)量比為1∶1時(shí)，體系的熱導(dǎo)率為1.85W(/m·K)。大小粒徑摻雜比單一粒徑的熱導(dǎo)率高，這是因?yàn)榇笮×綋诫s時(shí)，小粒徑的顆粒更易填充至大粒徑顆粒的空隙中(致密度增大)，使顆粒之間的接觸更加緊密，填料在基體內(nèi)部的排列密度提高(減小了接觸熱阻)，進(jìn)而增加了體系的熱導(dǎo)率。

4)導(dǎo)熱填料的表面改性

無(wú)機(jī)粒子和樹(shù)脂基體界面間存在極性差異，致使兩者相容性較差，故填料在樹(shù)脂基體中易聚集成團(tuán)(不易分散)。另外，無(wú)機(jī)粒子較大的表面張力使其表面較難被樹(shù)脂基體所潤(rùn)濕，相界面間存在空隙及缺陷，從而增大了界面熱阻。因此，對(duì)無(wú)機(jī)填料粒子表面進(jìn)行修飾，可改善其分散性、減少界面缺陷、增強(qiáng)界面粘接強(qiáng)度、抑制聲子在界面處的散射和增大聲子的傳播自由程，從而有利于提高體系的熱導(dǎo)率。

案例對(duì)比分析了勻速行駛、持續(xù)加速和NEDC3種工況，電池單體間隙填充導(dǎo)熱膠的電池包的溫升與溫差明顯小于間隙為空氣的電池包。由此可見(jiàn)導(dǎo)熱膠對(duì)降低電池包溫升與均衡電池包溫度場(chǎng)方面有明顯作用。

進(jìn)行電池包熱設(shè)計(jì)時(shí)，在電池包結(jié)構(gòu)無(wú)法做出改變的情況下，可通過(guò)在電池單體之間填充導(dǎo)熱膠的方式來(lái)降低電池包的溫升與溫差。在可變更電池包結(jié)構(gòu)的情況下，通過(guò)改變電池包結(jié)構(gòu)和在電池單體間填充導(dǎo)熱膠來(lái)使電池包處在合適的工作環(huán)境下。電動(dòng)車在加速行駛時(shí)由于加速時(shí)間較短，即電池包在進(jìn)行短時(shí)間的大電流放電時(shí)，電池的溫升與溫差上升較小。而高速勻速行駛時(shí)由于熱的積累與長(zhǎng)時(shí)間恒流放電，電池包的溫升與溫差上升明顯。