石墨烯增强铝基复合材料的制备及其性能

采用球磨混粉及放电等离子烧结技术制备不同含量(石墨烯质量分数为0,0.2%,0.5%,0.8%,1.0%)的石墨烯铝基复合材料,利用扫描电子显微镜、能量色散谱仪、X射线衍射、拉曼光谱仪和X射线光电子能谱表征铝基复合材料的微观组成、缺陷及烧结样品表面元素的化学价态,研究石墨烯含量对铝基复合材料导热性能和显微硬度的影响。结果表明:添加石墨烯后铝基复合材料的显微硬度和导热系数均有提高,导热系数提高更为显著;当石墨烯质量分数为0.2%时,铝基复合材料的显微硬度和导热系数达到最大值,与铝基体材料相比其硬度提高24%,导热系数提高204%;但当石墨烯质量分数继续增加到0.5%,0.8%,1.0%时,铝基复合材料的显微硬度及导热系数并未明显提升,主要原因为随着石墨烯含量的增加,石墨烯片层间的团聚现象加重,从而导致铝基复合材料的显微硬度与导热系数无法再进一步有效提高。     

氟化石墨烯/聚酰亚胺复合膜的导热和电绝缘性能

为提高聚酰亚胺基复合材料的导热和电绝缘性能,通过超声剥离制备了氟化石墨烯纳米片,采用热压取向制备了具有水平定向导热特性的氟化石墨烯/聚酰亚胺复合膜,研究了氟化石墨烯添加量对复合膜导热和电绝缘性能的影响规律。结果表明：增加氟化石墨烯添加量能提高复合膜的面内导热系数,氟化石墨烯质量分数为30%时,复合膜的面内导热系数为2.4W/（m·K）;氟化石墨烯添加量增加时,复合膜的直流耐压性能略有降低,但复合膜表面耐电痕性能增加,原因在于声子在复合膜中传递效率提升。上述研究结果可为制备高导热系数、高电绝缘性能的复合膜提供参考。     

聚丙烯/量子能~粉纳米复合材料结晶性能及热性能研究

通过哈普混炼式转矩流变仪熔融共混制备了聚丙烯/量子能~粉(Polypropylene/Quantum Energy~powder,PP/QE)纳米复合材料,利用差示扫描量热仪、热台偏光显微镜和热重分析仪研究了量子能~粉作为改性剂对PP结晶性能及热性能的影响,并使用Dobreva法定量分析了PP/QE纳米复合材料非等温结晶过程的成核活性。结果表明:QE粉对PP结晶起促进异相成核作用,使结晶速度加快、球晶数目增多尺寸变小;QE粉的添加量为3wt%,试样的成核活性最高,PP的结晶温度和结晶度较PP空白试样分别提高了8.9℃和6.49%,熔点小幅增高,过冷度减小,结晶能力增强;PP/5%QE复合材料的热稳定性大幅度提高,共混物的初始分解温度从374.54℃提高到了422.88℃。     

高绝缘性良好导热性低密度聚乙烯电缆绝缘材料的制备与性能

采用密炼机熔融混炼法制备了纳米二氧化硅/低密度聚乙烯(SiO_2/LDPE)复合材料和纳米氧化铝/低密度聚乙烯(Al_2O_3/LDPE)复合材料,并采用平板硫化机模压成型。通过场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)观察断面分析其微观形貌。测试了纳米复合材料的耐直流高压击穿性能,电晕现象以及不同温度下的导热系数。结果表明:采用密炼机熔融混炼得到的LDPE基纳米复合材料体相分布均匀,两相兼容性良好;纳米粉体含量不同的复合材料相对纯LDPE耐直流高压击穿性能均明显提高,导热性能不但未降低反而提高较大,其中,质量分数2%的SiO_2可以把击穿场强提高25%以上,同时可提高复合材料导热系数。纳米SiO_2在提高复合材料绝缘性与导热系数方面效率更高。     

球形氧化铝导热膏的制备及其导热性能

以球形氧化铝为导热填料、二甲基硅油为基体,通过物理混合的方法制备了一系列氧化铝/硅油导热膏。通过增加氧化铝的添加量、加入硅烷偶联剂KH570以及粒径复配等提高导热膏的导热系数。用扫描电子显微镜(SEM),对球形氧化铝进行形貌表征;用KD2Pro导热仪,对所制得的导热膏进行导热性能测试。结果表明:导热膏的导热系数随着氧化铝添加量的增大而增大,当氧化铝填充体积分数为60%最好;硅烷偶联剂KH570可以有效提高导热膏的导热系数,加入量(质量分数)在1.5%~2.5%时,效果良好;粒径的复配可以进一步提高导热膏的导热性能。     

氧化石墨烯增强水性环氧形状记忆复合材料的制备及其性能

水性环氧树脂(Water-borne epoxy, WEP)具有优异的形状记忆性能,但其力学性能差、导热系数低。为了改善WEP的力学和导热性能,以氧化石墨烯(Graphene oxide, GO)为填料制备GO/WEP形状记忆复合材料,采用原子力显微镜(AFM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱仪(XPS)和X射线衍射(XRD)分析和表征GO的微观结构和化学性质,利用扫描电镜(SEM)、万能试验机、Hot Disk导热仪和热机械分析仪(TMA)测定和观察所得GO/WEP复合材料的微观形貌、力学性能、导热性能和形状记忆性能。研究结果表明:随GO含量的增加,制备所得GO/WEP形状记忆复合材料的力学性能与导热系数都得到显著提高;与WEP相比,GO含量为6 wt%的GO/WEP复合材料的拉伸强度与导热系数分别提高了80%和156%,但所得复合材料的断裂伸长率随GO含量的增加逐渐减小。     

三维五向石英/环氧复合材料的热传导性

为了给三维编织复合材料在热传导方面的设计应用提供必要的依据,以石英纤维和环氧树脂为原料,制备三维五向石英/环氧复合材料,通过瞬变平面热源法测量复合材料的导热系数,分析纤维体积分数、编织角和不同减纱方法对复合材料轴向及径向热传导性能的影响.结果表明:三维五向编织复合材料的热传导性能沿着轴向和径向呈现出各向异性;其轴向导热系数随着纤维体积分数增大而增大,随着编织角增大而减小;其径向导热系数随着纤维体积分数和编织角的增大而增大;减纱会降低三维复合材料的热传导性能,与减纱线细度、分散减列相比,集中减列的影响最明显,轴向和径向导热系数分别降低了3.2%和3.0%.     

高耐热性聚乳酸/木粉复合材料的制备与性能研究

聚乳酸（PLA）的结晶性能较差,导致其产品的耐热性能较差,极大地限制了聚乳酸的应用范围。采用木粉（WF）与聚乳酸熔融共混,同时添加少量的成核剂多酰胺类化合物（MA）,制备高耐热性聚乳酸/木粉复合材料。研究了木粉、成核剂以及两者同时添加对复合材料结晶性能、耐热性能以及力学性能的影响。结果表明,木粉和成核剂多酰胺类化合物的加入对聚乳酸具有协同成核的作用,添加质量分数为0.3%的多酰胺类化合物和质量分数为30.0%的木粉,聚乳酸的结晶速率大幅上升,复合材料的维卡软化点提高到146.5 ℃,远高于纯聚乳酸的维卡软化点61.6 ℃,有效地提高了聚乳酸的耐热性能。同时,聚乳酸复合材料的拉伸强度也略有提高。     

二氧化硅微粉对炭素捣打料显微结构及性能的影响

以冶金焦粉为主要原料,改性中温沥青粉为结合剂,添加二氧化硅微粉混合成型,于220℃下干燥、1 550℃下埋炭烧成炭素捣打料。测定烧成样的耐压强度、体积密度和导热系数,采用XRD和SEM分析试样物相及显微结构。结果表明,添加了二氧化硅微粉的试样经1 550℃热处理,可原位反应生成碳化硅晶须,二氧化硅微粉初期添加量越大,所生成的碳化硅晶须越多,试样的体积密度、耐压强度和导热系数越高;当二氧化硅微粉添加量为8.5%时,试样的碳化硅晶须生成量减少,导热系数降低。     

纳米填料对储能式散热器性能影响的数值研究

针对储能式电子器件散热器性能受相变材料较低导热能力限制的问题,采用添加高导热纳米填料的方法提高相变材料的表观导热系数,并对储能式散热器的性能提升潜力进行分析. 在短时大功率加热(热流密度为10 W/cm2)的条件下,对以二十烷为相变材料的储能式散热器在添加碳纳米管填料之后的工作过程(熔化和凝固传热)进行了三维数值模拟. 结果显示,由于相变材料表观导热系数的提高,散热器的性能随碳纳米管添加量的增加而提升,其提升程度与添加量呈近似线性相关| 当加入体积分数为10%的碳纳米管时,散热表面的最大温升相对于无碳纳米管的情形降低了8 ℃,散热器的等效总热阻则降低了14%,说明该方法是提高储能式散热器性能的有效途径．     

金刚石粉/环氧树脂胶粘剂的导热性能

以金刚石粉、环氧树脂E-20、甲醚化氨基树脂、助剂制备成导热绝缘胶粘剂,在130℃保温30 min,210℃保温10 min固化.胶粘剂固化后导热系数随金刚石粉体积含量增加先增大后减少,存在一个极大值.相同金刚石粉体积含量下,较大粒径的金刚石粉之间能形成更好的物理接触,有利于导热性能的提高.用常用经验导热模型拟合胶粘剂固化后的导热系数结果表明:在金刚石粉体积分数小于16.6%时,Maxwell方程能较好拟合胶粘剂的导热系数;体积分数为16.6%～44.7%时,Bruggeman和Agari模型能较好地描述胶粘剂的导热系数.     

纳米流体导热系数影响因素分析

为了全面分析纳米流体的稳定性及导热系数影响因素,采用两步法配置了以去离子水和乙二醇为基液的氧化铝纳米流体,并添加了不同种类的分散剂.利用紫外可见分光光度计对纳米流体吸光度值进行测试,并基于Hot Disk热物性分析仪测试其导热系数.结果表明：吸光度法可有效评价纳米流体稳定性,但需要考虑分散剂对基液吸光度值的影响.超声波振荡可破坏粒子团聚,且当超声时间为1h时纳米流体稳定性最佳.分散剂、粒子体积分数、温度、基液等因素均会影响纳米流体的导热性能.当温度为50益时,添加质量分数0.2%的PVP分散剂,体积分数为0.5%的氧化铝-水纳米流体导热系数提高约20%.纳米流体可有效提供工质导热系数,提升系统散热性能.     

基于聚苯并噁嗪/氮化硼三维骨架的导热环氧树脂复合材料的制备与性能

针对导热复合材料中填料含量过多会导致力学等性能下降以及三维导热骨架中黏合剂与树脂基体相容性差的问题,本文采用牺牲盐模板法,制备了基于聚苯并噁嗪/氮化硼(PPH-ddm/BN)三维导热骨架,进一步与环氧树脂(epoxy, EP)复合,得到了环氧树脂/聚苯并噁嗪/氮化硼(EP/PPH-ddm/BN)复合材料。当BN质量分数为19%时,复合材料的导热系数为1.01 W·m^-1·K^-1,比纯环氧树脂提高了381%。归因于三维导热网络的形成以及聚苯并噁嗪和环氧树脂间良好的相容性,降低了氮化硼与树脂基体的界面热阻。骨架碳化后,环氧树脂/碳/氮化硼(EP/C/BN)复合材料的导热系数最高可达1.38 W·m^-1·K^-1,比纯环氧树脂提高了557%,为目前相同BN含量下聚合物基复合材料的最高值。复合材料的硬度与弯曲强度随BN含量增加而提高,相关研究为发展填料含量较低的热管理材料提供了新思路。     

孔隙比与饱和度对粉质黏土导热系数影响的试验研究

以长春市城市快速轨道交通3号线东延线的粉质黏土为研究对象,制备不同条件下的重塑样.通过室内试验,利用DRPL-I型导热系数测试仪,采用稳态法测定不同条件下粉质黏土的导热系数,研究孔隙比与饱和度对粉质黏土的导热系数的影响.结果表明:粉质黏土的导热系数受其孔隙比与饱和度的影响;在一定条件下,当饱和度一定、孔隙比增大时,粉质黏土的导热性能减弱,导热系数随着孔隙比的增大而减小且呈近似线性减小;在孔隙比一定、饱和度增大的条件下,随着液相体积的增大,饱和度对粉质黏土的导热性能的影响有所提高,表现为导热系数随着饱和度的增大而线性增大.     

泡沫混凝土保温板力学与热工性能实验研究

泡沫混凝土保温板具有良好的耐火性能、保温隔热性能。本文针对掺合料粉煤灰和硅灰的用量,制备压缩和导热系数测试试件,通过系列实验,绘制了该板材的应力应变曲线,得出了压缩和拉伸弹性模量,分析了不同掺合料掺量对导热系数的影响,得出了泡沫混凝土保温板抗压强度和导热系数随时间、配合比、水侵蚀软化等的影响因素,在粉煤灰和硅灰掺量占水泥用量的5%和25%时,抗压强度适中,导热系数满足要求,优选配合比的泡沫混凝土保温板90天龄期抗压强度在0.491MPa～0.641MPa之间,弹性模量在24.55MPa～39.05MPa之间,复现性较好。     

液晶功能化碳纳米管有机硅复合材料的制备与性能

为提高有机硅复合材料的导热性能和力学性能,防止碳纳米管团聚,改善其与聚合物的混容性,通过一种向列型液晶N-(4-甲氧基亚苄基)对丁基苯胺(N-(4'-methoxybenzylidene)-4-butylaniline,MBBA)分子功能化改性多壁碳纳米管(multi-walled carbon nanotubes,MWCNTs),制备了MBBA-MWCNTs有机硅纳米复合材料.测试结果表明,MBBA液晶与碳纳米管之间通过非共价键(π-π堆积)相互结合,不仅提高了碳纳米管在有机硅复合材料中的分散性,而且保证了MBBA功能化碳纳米管与有机硅良好的混容性,从而更好地发挥了碳纳米管优异的热学性能和力学性能.当MWCNTs质量分数为1.0%时,MBBAMWCNTs有机硅复合材料的拉伸强度达到6.78 MPa,比相同质量分数的MWCNTs有机硅复合材料提高了36%,比纯有机硅材料的提高了500%.当MWCNTs质量分数为14.0%时,MBBA-MWCNTs有机硅复合材料的导热系数达到0.561 5 W/(m·K),比MWCNTs有机硅材料的导热系数高54%,约是纯的有机硅材料导热系数的4倍.     

基于比等效热阻法的片状填料填充聚合物复合材料的导热性的预测

基于比等效热阻法建立了简化了的片状填料填充聚合物基复合材料的导热模型并推导出了相应的等效导热系数公式。以云母片填充聚乳酸为例,应用有限元软件ANSYS建立了云母体积分数在11%下的聚乳酸/云母复合材料的三维稳态热传导单元模型,并模拟了热流沿云母片厚度方向和径向传递的过程。结果表明,当热流沿云母片轴向方向上流动时,经ANSYS模拟求得的复合材料的等效导热系数和文中推导的公式的所给出的预测值更为接近;当热流沿云母片的径向流动时,随着云母体积分数的增加,复合材料的等效导热系数的预测值呈指数性增长,并且高于ANSYS的计算结果。有限元结果和本文的公式均表明,片状填料填充聚合物复合材料的等效导热系数可分解为是沿热流不同正方向上的贡献,更长的等效导热路径使片状颗粒在填充聚合物后能提供更为出色的导热性能。     

铜颗粒分散铌酸钾钠压电复合材料的制备与性能

在工业氮气(N2)气氛条件下制备了锂掺杂铌酸钾钠/铜(NKLN/Cu)压电复合材料,研究了铜含量对复合材料的相结构、密度、电学性能及力学性能的影响。结果表明:复合材料由NKLN陶瓷相和Cu金属颗粒两相组成,不同Cu含量复合材料的相对密度均达到95%以上。复合材料的介电常数随Cu含量的增加而急剧增加,压电常数和机电耦合系数随Cu含量的增加而减小,当Cu的体积分数达到20%时,NKLN/Cu复合材料的介电性能和压电性能均难以测量。NKLN/Cu复合材料的显微硬度随Cu含量的增加而降低,断裂韧性值随Cu含量的增加而升高,从铌酸钾钠陶瓷的1.01 MPa逐渐增至Cu的体积分数为40%时的2.81 MPa。     

纸粉—聚乙稀复合材料的制备与性能

以马来酸酐接枝聚丙烯为偶联剂,利用双螺杆挤出机一次反应制备了纸粉—聚乙烯复合材料,并用偏光显微镜、毛细管流变仪和其它手段研究了HDPE基-纸粉复合材料的表面形貌、流变性能及其尺寸稳定性和防潮能力。结果表明,添加20%的纸粉,并用相对于纸粉含量30%的偶联剂处理填料,可制得加工性能较好的复合材料,复合材料较原木具有较好的防胀效率和抗吸水效率。     

PEG/PAM复合定形相变材料的制备与热性能

为了设计制备具有较高相变焓的复合定形相变材料,采用化学交联法制备半互穿网络型聚乙二醇/聚丙烯酰胺(PEG/PAM)复合定形相变材料,并通过分子动力学模拟计算其导热系数;采用DSC、TG、泄漏率测试和导热系数测试对复合材料的热性能、热稳定性、固-固定形效果和导热性能进行研究.结果表明:随着PAM含量升高,PEG/PAM复合材料的热焓值和泄漏率降低,热稳定性和导热率增加.其中,PEG质量分数为70%时,复合相变材料具有高的相变焓107 J/g、良好的热稳定性和优异的定形效果.通过模拟计算得出的导热系数值和实验值相一致,误差值都小于5%.本结论能对更复杂复合定形相变材料的导热系数进行预测和理论指导.