摘要

随着电子器件向高集成度、高功率密度方向发展，散热问题已成为制约其性能稳定的关键。传统金属散热材料虽导热性能优异，但其重量大、加工成本高、设计灵活性差等问题日益凸显。导热塑料通过在高分子基体中构建导热网络，实现了轻量化、高导热与易加工的平衡。本文将系统分析导热塑料的分类、制备原理、性能优势及应用场景，并探讨以肇庆市新润丰高新材料有限公司的重质纳米氧化锌（XRF-QNM500） 为代表的新型填料如何通过材料创新提升综合性能。

一、引言

电子设备性能的不断提升导致单位面积功耗显著增加，散热需求日益紧迫。金属材料（如铝、铜）虽具有优异的导热性，但其密度高、加工工艺复杂、易腐蚀等问题限制了在轻量化场景中的应用。导热塑料通过在高分子基体（如PA、PPS、PEEK）中构建导热通路，实现了轻质与导热的统一，成为“以塑代铝”战略的重要方向。

二、导热塑料的分类与制备原理

1. 材料分类

导热塑料根据电绝缘性可分为两类：

l 导热绝缘塑料：以金属氧化物（如氧化铝、氧化镁）或氮化物（如氮化硼、氮化铝）为填料，导热系数约为1.5 W/(m·K)，适用于需绝缘的电子部件。

l 导热导电塑料：填充石墨烯、碳纳米管、金属粉体等导电填料，导热系数可达5–120 W/(m·K)，适用于兼顾导热与电磁屏蔽的场景。

2. 导热机制与填料创新

导热塑料的性能依赖于声子在填料网络中的高效传递。通过调控填料的种类、形貌及分布，在基体中形成连续导热通路是技术核心。然而，传统高硬度填料（如氮化铝、碳化硅）在加工或应用中可能因应力集中影响界面可靠性。

创新填料示例：肇庆市新润丰的重质纳米氧化锌（XRF-QNM500） 通过以下特性实现突破：

l 低硬度特性：氧化锌莫氏硬度约4.5，低于硅晶芯片（6.5），在界面接触中可减少对敏感元件的潜在磨损。

l 实心结构与高振实密度：实心类球形结构（球形度>80%，可以定制95%以上的）带来1.8 g/cm³的高振实密度，赋予填料优异流动性，支持高填充率加工。

l 低吸油值与加工优势：低吸油值确保高填充下体系黏度可控，为复杂结构注塑提供工艺窗口。

三、导热塑料的性能优势

1. 轻量化：密度约1.8 g/cm³，较铝材降低40%–50%。

2. 耐腐蚀性：对化学环境耐受性优于金属。

3. 设计灵活性：注塑成型支持复杂结构，减少装配工序。

4. 绝缘性：导热绝缘塑料适用于非隔离电源等电气隔离场景。

5. 加工效率：注塑周期短，无需二次加工。

6. 界面友好性：低硬度填料可降低对相邻精密元件的应力风险。

四、应用场景与案例分析

1. LED照明：氧化锌基导热塑料用于散热灯杯，在提供均匀散热的同时减轻重量，并通过低硬度特性降低对灯珠界面的影响。

2. 汽车电子：在电池管理系统、车灯散热器中替代金属，兼顾轻量化与耐腐蚀需求。

3. 消费电子：应用于路由器、笔记本电脑外壳，通过材料流动性实现薄壁散热结构。

4. 低空经济：无人机机身采用高流动性导热塑料，优化被动散热与结构重量。

五、挑战与未来方向

1. 性能平衡：需通过填料复配与界面设计，协同提升导热性与基体力学性能。

2. 成本优化：开发低成本高性价比填料（如功能化氧化锌）是规模化关键。

3. 可靠性验证：需深化高温高湿环境下材料长期性能研究。

六、结论

导热塑料通过分子设计与多尺度调控，实现了轻量化、高导热和加工性的统一，在电子电力、交通、通信等领域展现出替代传统金属的潜力。新型填料如重质纳米氧化锌，通过低硬度、高流动性等特性，为提升界面兼容性与加工效率提供了新路径。未来需进一步解决导热-力学平衡与长期可靠性问题，推动材料向高性能、高可靠性方向演进。