高分子熱傳導原理:
1. 高分子材料的導熱特性:
所有的高分子塗料,都是熱傳導效率極低的物質。由於其分子鏈結構呈現高度非晶性,使得熱能在分子內部無法有效傳遞。所以,市面上隔熱塗料比比皆是,它們的共通點:淺色(降低輻射熱)、高膜厚(傳導熱困難)、適當選用填料(例如:3M中空玻璃、玻璃鱗片、三聚磷酸鋁等,均可降低熱傳導係數),做出這種塗料難度相對不高。
但是,要讓這種本身導熱困難的材料,變成熱的良導體,就有相當的挑戰。
2. 各種材料的熱傳導係數比較:
我們使用熱傳導係數(heat transfer coefficient)描述一個物體的導熱能力,單位W/m·K符號為k。空氣的k=0.04,水約0.6,鐵約80。日常生活的小經驗,在正常27°C室溫,觸摸鐵棒會覺得涼,因為鐵的k=80,一下子就把手的熱量導掉,所以覺得相對室溫涼涼的(事實上,那根鐵棒的溫度和室溫相同)。以下列出常見物體的k值,由左到右導熱能力遞增。
| 物體 | 空氣 | 矽膠 | 丙烯酸 | 環氧 | 玻璃 | 陶瓷 | 鋁 | 銅 | 銀 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| k值 | 0.03 | 0.15 | 0.17 | 0.3 | 1.1 | 1.2 | 237 | 401 | 420 |
3. 如何讓高分子材料導熱:
簡言之,盡可能增加活動電子的數量,並讓它們有效地自由移動。在塗料配方設計上,均特高分子對導熱填料(如氧化鋁、氮化硼)選用、調控基材結晶度、以及界面相容改質等技術具備相當經驗。
依據底材特性、工作環境、系統溫差,可以設計出最佳的導熱(或導冷)的解決方案。我們的高分子導熱系統提供柔性、絕緣且可加工的選擇。透過調控熱擴散係數與表面接觸熱阻,達到材料機能與結構佈局的最佳化。
4. 導熱塗料在工業上的應用:
導熱和導冷在熱力學上是同樣的意思,只是方向相反。工業上,最難解決的就是熱交換器的塗裝,也是導熱塗料應用最大的場域。
一方面,這些熱交換器表面的工作狀態都是高熱或低溫,所處的環境可能浸在水中,也可能暴露在腐蝕性氣體,所以需要塗料的保護。而塗料提供底材保護的同時,因為塗料的k值太低,可能大幅降低熱交換效率。
我們的研發部門為了滿足客戶需求,開發多支適用在各種不同型態的導熱塗料,經測試,對熱交換效率的影響小於2%,更有因為熱交換器鰭片經塗料改質後,有更好的疏水性或抗腐蝕力,經時測量全系統效率不減反升,更為客戶節省一筆運作成本。(右圖:熱交換效率測試機實景)
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