電子設備運行時，元件發熱會導致性能下降。導熱墊片，它能填充元件與散熱器間的縫隙，排出空氣，建立高效導熱通道。此外，它還兼具絕緣、防短路、減震和密封等多重功能，滿足設備小型化需求。然而，導熱墊片在長期使用后會老化。那么，老化有何表現？成因是什么？又該如何應對？這篇文章是小編之前還在廠里上班時候認真總結的一些問題，如果有描述不全面的地方，請大家可以在評論區補充一些，互相學習。

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老 化 現 象

No.1

硬度增加與彈性減弱

導熱墊片在長期使用過程中，最先出現的老化現象往往是硬度增加與彈性減弱。當你拿起一片老化的導熱墊片，會明顯感覺到它比新的墊片更硬，按壓時也很難再像以前那樣迅速恢復原狀。就像我們日常使用的橡皮筋，時間久了會失去彈性，變得僵硬。這是因為在高溫、機械應力等因素的作用下，導熱墊片內部的高分子聚合物結構會發生變化，交聯程度增加，導致材料變硬、變脆 。

這種硬度和彈性的變化看似微小，卻會對電子設備產生嚴重的影響。隨著墊片硬度的增加，它與電子元器件和散熱器之間的貼合度會逐漸下降。想象一下，原本緊密貼合的兩個表面，因為墊片的老化而出現了微小的縫隙，阻礙了熱量的傳遞，使得接觸熱阻大幅增大。而接觸熱阻的增大，又會直接導致散熱效率降低，電子元器件的溫度隨之升高。比如在電腦CPU 中，老化的導熱墊片可能會使 CPU 在高負載運行時溫度飆升，進而引發降頻現象，導致電腦運行速度變慢，出現卡頓甚至死機的情況，只是舉個例子，現實中電腦CPU還是硅脂是主流。

No.2

導熱性能下降

除了硬度和彈性的變化，導熱性能下降也是導熱墊片老化的一個重要表現。導熱墊片的主要職責就是高效地傳導熱量，讓熱量能夠快速地從電子元器件傳遞到散熱器，主要是傳輸出去。然而，老化后的導熱墊片，墊片上的缺陷就會阻礙熱量傳遞，速度大大減慢。

具體來說，老化會使導熱墊片的導熱系數降低，熱阻增大。這是因為在老化過程中，墊片內部的微觀結構發生了改變，原本均勻分布的導熱填料可能會出現團聚現象，破壞了導熱通路。同時，高分子聚合物基體的降解也會影響熱量的傳導。以硅油為例，內部含有未參與反應游離的小分子。

No.3

外觀形態改變

在老化的過程中，導熱墊片的外觀形態也會發生明顯的改變。仔細觀察，你會發現墊片表面可能會出現開裂的情況，就像干裂的土地一樣，一道道裂縫清晰可見。這是由于老化導致墊片的柔韌性降低，在受到外力作用或溫度變化時，很容易產生應力集中，從而引發開裂。隨著老化的加劇，墊片甚至可能會出現粉化現象，原本完整的墊片逐漸變成了粉末狀，完全失去了應有的性能 。

此外，硅油析出也是常見的外觀變化之一。老化后的導熱墊片表面可能會出現一層油膩的物質，這就是硅油析出。硅油的析出不僅會污染周圍的電子元器件，還會降低墊片的導熱性能，進一步加劇設備的散熱問題。這些外觀形態的改變，不僅會影響導熱墊片的性能，還可能會對電子設備造成潛在的危害。比如開裂的墊片可能會導致電子元器件短路，粉化的墊片則可能會隨著空氣流動進入設備內部，對其他部件造成損壞。

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老化的根源

No.1

材料的配方

材料配方作為導熱墊片的根基，交聯劑比例、原料揮發分以及導熱填料特性這三個關鍵因素，是引發墊片的老化問題的關鍵yinsu。

交聯劑在導熱墊片中起著至關重要的作用，它連接著高分子聚合物的分子鏈，使它們形成一個緊密的網絡結構。然而，一旦交聯劑的比例出現偏差，就會引發一系列的問題。當主鏈與交聯劑的摩爾比偏離了最佳范圍，特別是過量時，墊片內部的交聯反應就會過度進行 。過度交聯會導致其硬度迅速上升，回彈性下降，在長期使用過程中，很容易因為無法適應外界的應力變化而出現開裂等老化現象。

原料揮發分同樣是一個不可忽視的問題。在導熱墊片的原材料中，主鏈和交聯劑等常常含有一定量的揮發分，這些揮發分主要包括未反應的環硅氧烷單體和含氫小分子單體。在常溫下，它們可能相對穩定，但當墊片處于高溫環境中時，這些揮發分就會開始活躍起來。它們會逐漸反應或揮發，導致墊片內部的小分子物質不斷流失 。墊片隨著小分子物質的流失，它會逐漸硬化，導熱率也會隨之下降（但是有時候測試會出現上升的情況，只是流失的比例還沒有達到很高）。而且，揮發分的逸出還會使墊片與接觸界面間變得干燥，表面粘性降低，進一步影響其貼合效果，加速老化進程。

導熱填料的特性對墊片老化的影響也十分顯著。不同的導熱填料，如氧化鋁、氮化硼、石墨烯等，它們的表面包覆物各不相同，與有機硅的相容性也存在差異。如果導熱填料與有機硅的相容性不佳，兩者無法很好地融合，會導致界面處小分子物質析出。這些析出的小分子物質會破壞墊片的內部結構，加速墊片的硬化。此外，填料的粒徑分布、形貌及表面處理工藝都會影響其在基體中的穩定性。例如，粒徑分布不均勻的填料，在熱循環過程中可能會因為受力不均而產生微觀缺陷，這些缺陷就成為了老化的起始點，逐漸擴展，最終導致墊片性能的下降。特別是粒徑較大的角形填料，比如不規則的氮化鋁和金剛石制備高導熱系數的時候尤為明顯。

No.2

工藝控制的失誤

制造工藝是決定導熱墊片質量的關鍵環節，一旦出現工藝控制上的失誤，也會極大地加速墊片的老化進程。

混合工藝的不均勻是一個常見的問題。在導熱墊片的生產過程中，需要將交聯劑、導熱填料等多種成分均勻地混合在一起。然而，如果混合設備的精度不夠，比如我們混合大鍋的時候工藝人員掛底和掛邊出現疏漏的時候。或者操作不當，導致局部交聯劑或填料濃度偏高 ，會出現過度交聯的情況，使得這些區域的硬度增加，柔韌性降低，成為整個墊片的薄弱環節。而局部填料濃度偏高的區域，則可能會影響墊片的導熱性能和機械性能的均勻性，在使用過程中容易出現應力集中，加速老化。

成型階段的溫度、壓力及時間參數不當，同樣會對墊片的質量產生嚴重影響。溫度過高或時間過長，會導致墊片過度交聯，使其變硬、變脆；而溫度過低或時間過短，則會造成交聯不完全，墊片的結構穩定性差，如果這時候去做Cp，出現的峰就是向下的，沒固化（ASTM E1461的標準測試導熱系數）。壓力的控制也至關重要，如果壓力不足，墊片可能會出現孔隙，降低其密度和強度；壓力過大，則可能會破壞填料的分布結構，影響導熱性能。以模壓成型工藝為例，如果模壓溫度過高，墊片在模具中就會迅速交聯固化，內部的應力無法及時釋放，在后續使用過程中，這些應力就會逐漸釋放出來，導致墊片變形、開裂。還有如真空沒有抽好也會出現問題。

后處理工藝的缺失也是加速老化的重要原因之一。適當的后處理，如二次固化，可以幫助去除墊片中殘留的揮發分，穩定交聯結構，提高其耐溫性能。然而，一些廠家為了降低成本、提高生產效率，往往省略了這一關鍵工序。這樣一來，墊片在初次高溫工作時，殘留的揮發分就會迅速逸出，在墊片內部形成孔隙。這些孔隙不僅會降低墊片的強度，還會成為熱量傳遞的阻礙，加速墊片的老化。

No.3

外部環境

外部環境因素也會使導熱墊片的性能走向老化。溫度及其波動是影響導熱墊片老化的主要外部因素之一。持續高溫會加速聚合物鏈的運動和反應，促進氧化降解。在高溫環境下，墊片內部的分子鏈變得更加活躍，它們之間的相互作用也會發生變化，導致墊片的結構逐漸被破壞。而溫度循環由于熱脹冷縮的原理，墊片在溫度變化時會反復地膨脹和收縮。這種反復的應力作用，會使墊片內部產生疲勞損傷，界面處的結合力也會逐漸減弱，從而加速老化進程。

環境濕度同樣對導熱墊片的老化有著重要影響，尤其是在高溫條件下。濕熱環境會滲透至墊片內部，干擾分子間的作用力。水分子的存在會催化水解反應，導致填料與基體之間的界面劣化。實驗證明，在 85℃/85% RH 條件下老化 500 小時后，導熱墊片的導熱系數下降幅度（1.68%）明顯高于同等溫度下的干熱老化（0.39%）。這是因為在濕熱環境中，水分子會與墊片中的某些成分發生反應，破壞其內部結構，降低導熱性能。在一些戶外電子設備中，由于經常暴露在潮濕的空氣中，導熱墊片更容易受到濕熱環境的影響而老化。

此外，持續機械應力也是加速導熱墊片老化原因。當墊片長期處于不均勻的壓力分布或振動環境中時，它會受到持續的機械應力作用。墊片在持續機械應力的作用下，會加速應力松弛和蠕變過程，導致其內部結構發生改變，回彈性降低。在振動環境中，這種影響更為顯著，振動會引發墊片內部的微裂紋，隨著時間的推移，這些微裂紋會不斷擴展，最終導致墊片的性能大幅下降。但是這些也是不可避免的，我們很多需要用到高壓縮高回彈的場景就是在動態應用中進行的，比如汽車。導熱墊片汽車用的是非常多的，尤其低導熱系數的。還有一些因素，比如偶聯劑的用量等等。如果朋友們還有一些其他見解，可以在評論區討論一下

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一些解決方法

No.1

材料配方優化

材料配方優化是提升導熱墊片抗老化性能的最最關鍵的環節。精確控制交聯體系是重中之重。在這個體系中，主鏈與交聯劑的摩爾比最好控制在 合理的范圍內。通過這樣精確的控制，能夠有效避免過度交聯導致的墊片硬化問題。在實際應用中，經過精確控制交聯體系的導熱墊片，在長期使用過程中，硬度變化明顯減小，回彈性能良好，會適當的延長一定的使用壽命。

降低原料揮發分也是解決老化變硬問題的關鍵途徑。上面也說了，原料中的揮發分是引發老化的關鍵問題之一。對于有生產能力的企業來說，可以對原材料進行預處理，去除其中的低分子量揮發物 （提前加熱或者有專門的設備去除這些物質）。或者直接選用揮發分含量低的專業廠家提供。在這個過程中，做來料檢測，能夠對原料揮發分進行嚴格檢測和質量控制。通過這些措施，可顯著提高產品的熱穩定性，有效延緩墊片的老化進程。

新型添加劑的應用為改善導熱墊片的抗老化性提供了一些解決方法。以辛基三甲氧基硅烷低聚物為例，具有出色的性能。其失重溫度高達215oC，遠高于傳統單體硅烷偶聯劑的90oC。在150oC條件下，該類硅烷低聚物可有效減緩導熱墊片老化硬度上升的程度，保持長期性能穩定性。從實驗數據來看，與使用傳統硅烷偶聯劑的墊片相比，使用硅烷低聚物的墊片，熱分解溫度提高了 125oC，150oC長期熱老化后硬度變化輕微增加，而傳統硅烷偶聯劑的墊片硬度變化顯著增加（>20 Shore 00）。這些數據也能在一定程度上說明添加劑在提升墊片抗老化性能方面的巨大優勢。

導熱填料的篩選與表面處理也是延緩老化的方法之一。不同的導熱填料的性格是不同的，與有機硅體系的相容性也不太一樣。我們應選擇與有機硅體系相容性好的填料，并對其表面進行適當修飾，就相當于給填料穿上件衣服，增強與基體的結合力。但是選擇的這個偶聯劑的耐溫性能也很關鍵，有的偶聯劑用過就知道很是垃圾，根本就不耐高溫，簡直廢物一個，不想多說是哪些型號了，來氣。

No.2

改進制造工藝

混料與成型工藝是保證導熱墊片質量與長期可靠性的制造基礎。在混料過程中，高精度的計量設備是確保各組分（尤其是微量交聯劑）按設計比例投入的前提；而采用行星式攪拌機時，必須配合特殊的刮壁裝置，主動處理攪拌罐邊緣與底部的滯留物料，要不然就是要求操作人員處理的很好，從而徹底消除混合死角，確保導熱填料與交聯劑在粘稠的聚合物基體中實現均勻分布。在成型階段，溫度-底膜的張力-線速協同控制至關重要。寫到這突然想到，粉體的預處理也是一個關鍵因素。無論是高導熱系數還是低導熱系數的墊片都會用到小粒徑的氧化鋁，這種小粒徑的粉體團聚現象會相對嚴重一些，所以使用前最好找工人過篩，避免混合不均勻。

No.3

結構設計創新

梯度結構設計是一種創新的設計理念，它通過在不同厚度區域設計不同的交聯密度或填料含量，使墊片在承受機械應力的區域具有更好的柔韌性。在主要導熱區域擁有更高的填料密度和導熱效率。這種設計理念能夠在整體上優化墊片的性能并延長其壽命。但是加工工藝比較難，成本比較高。

復合結構設計是將不同材料的優勢結合起來。比如，上層采用高彈性材料保證貼合度，下層采用高導熱材料優化熱傳導。這種設計可以有效分散應力，減少單一材料的老化風險。加工工藝也是比較難，可能出的最多就是雙面背膠的產品了。

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評價老化性能的標準

No.1

測試參數

在評價導熱墊片的抗老化性能時，首先就是材料的測試參數了。

導熱系數降低 。我們通常采用ASTM D5470,ASTM E1461,HOT DISK這些方法來測量導熱系數，通過對比老化前后的數值，就能清楚地了解墊片的導熱性能變化 。

熱阻上升。熱阻就是熱量傳輸過程中的阻力，阻力越大，熱量傳遞就越困難。老化會使導熱墊片的熱阻增大，與墊片自身的結構，還有和電子元器件、散熱器之間的接觸狀態密切優選西。與接觸面之間的貼合度變差，熱阻增加。

機械性能包括硬度變化、拉伸強度衰減和壓縮永久變形等。硬度測試通常采用邵氏硬度計來進行，老化前后硬度的差值是評價彈性退化的重要指標。隨著老化，它會變得越來越硬。拉伸強度和伸長率的變化則反映了材料內聚力的保持能力，關系到墊片在應力下的完整性。如果拉伸強度衰減過多，墊片在受到外力時就容易斷裂；而壓縮永久變形過大，則說明墊片在長期受壓后無法恢復原狀，會影響其貼合效果和導熱性能。

物理化學特性評估同樣不容忽視，它涵蓋了熱失重率、體積電阻率、阻燃性等多個方面 。熱失重率通過熱重分析儀測定，能夠表征材料的熱穩定性。在高溫環境下，墊片中的一些成分可能會揮發或分解，導致質量減輕，熱失重率就是衡量這個過程的指標。體積電阻率變化用于評估絕緣性能的穩定性，對于那些在高壓環境下使用的導熱墊片來說，這一點尤為重要。如果絕緣性能下降，就可能會引發漏電等安全問題 。阻燃性則通過 UL94 標準評估，確保材料在高溫下不會輕易燃燒。

No.2

老化測試標準與方法

為了準確評估導熱墊片的抗老化性能，我們需要遵循一系列嚴格的老化測試標準與方法，這些標準和方法能夠深入剖析墊片在不同環境下的老化情況。

熱老化試驗是評價導熱墊片耐溫性能的主要方法之一，通常，我們會將樣品置于 150℃高溫環境中持續暴露 1000 小時以上，在這個過程中，定期對墊片的各項性能進行測量 。通過這種加速老化測試，我們可以模擬導熱墊片在長期高溫工作條件下的性能衰減規律 。比如，在測試過程中，我們會觀察墊片的硬度是否增加、導熱系數是否下降等，從而評估其在高溫環境下的可靠性，這也是目前最主流的方法。

雙85濕熱老化測試則是針對墊片在高濕度高溫環境下的穩定性進行評估。測試條件通常為 85℃/85% 相對濕度，測試時間為1000 小時。在這種濕熱環境下，水分子會滲透到墊片內部，干擾分子間的作用力，催化水解反應，導致填料與基體界面劣化。通過濕熱老化測試，我們可以重點評估墊片絕緣性能的退化情況，因為濕度會加速材料水解和離子遷移，對絕緣性能產生較大影響。例如，我們會測試墊片在濕熱環境老化后的體積電阻率變化，判斷其絕緣性能是否依然符合要求。

高低溫循環測試模擬的是實際應用中溫度劇烈變化的場景。在這個過程中，由于熱脹冷縮的原理，墊片會反復地膨脹和收縮，這種反復的應力作用會使墊片內部產生疲勞損傷，界面處的結合力也會逐漸減弱。通過高低溫循環測試，我們主要評估因熱膨脹系數不匹配導致的疲勞老化，如墊片是否出現開裂、分層等故障。比如，在每次循環后，我們會仔細檢查墊片的外觀，看是否有細微的裂紋出現，以及測量其熱阻變化，判斷界面結合情況是否受到影響。這些是小編了解參與過的一些老化測試，不是很全面。

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作者：熱管理實驗室ThermalLink