原位反应加工法制备氮化硼/聚甲基丙烯酸甲酯/聚乙烯导热复合材料的性能EI北大核心CSCD

以氮化硼(BN)为导热填料、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和高密度聚乙烯(HDPE)为基体,利用甲基丙烯酸甲酯(MMA)的原位反应加工成功制备了BN/PMMA/HDPE高导热复合材料。研究了PMMA与HDPE不同质量比时的相形态,通过扫描电子显微镜发现,当PMMA与HDPE的质量比为9:11时,复合材料构成了完善的双连续结构,BN选择性分散在原位反应加工法制备的BN/PMMA/HDPE高导热复合材料的PMMA相中,这种双连续结构及选择性分散的设计有利于提升材料的导热性能和耐热性能。导热性能测试结果表明,当BN的质量分数为40%时,原位反应加工法制备的BN/PMMA/HDPE导热复合材料的导热系数达到了0.92W/(m·K),相对于纯HDPE提升了283%,相对于简单熔融共混法制备的BN/PMMA/HDPE导热复合材料提升了接近20%。同时,动态力学热分析表明,在温度为40℃时,BN的质量分数为30%时,原位反应加工法制备的BN/PMMA/HDPE导热复合材料的储能模量比简单熔融共混法制备的BN/PMMA/HDPE导热复合材料的储能模量提升了46%,并且差示扫描量热分析及维卡软化点测试表明,其玻璃化转变温度、结晶温度和维卡软化点都有提升。其研究为制备高导热耐热复合材料提供了一种新的方法。     

石墨烯填充对不同聚合物导热性能和热稳定性的影响

为研究同一制备方法下石墨烯质量分数对不同聚合物导热性能和热稳定性的影响,通过熔融共混法制备了石墨烯/聚酰胺(GE/PA6)、石墨烯/聚丙烯(GE/PP)、石墨烯/高密度聚乙烯(GE/HDPE)3种聚合物复合材料。结果表明,石墨烯能有效提高3种聚合物导热性能,当填充石墨烯质量分数达到10%时,PA6导热系数从0.32 W/(m·K)提升至1.30 W/(m·K);GE/PP导热系数从0.37 W/(m·K)提升至1.15 W/(m·K)、GE/HDPE导热系数从0.62 W/(m·K)提升至1.13 W/(m·K)。对制备的石墨烯聚合物复合材料进行热重分析。将纯聚合物与石墨烯质量分数1%,5%,10%的石墨烯聚合物复合材料对比,PA6的热稳定性逐渐提升,PP、HDPE的热稳定性先降低后升高。     

BN/HDPE导热塑料的热导率

用粉末混合法制备了氮化硼增强高密聚乙烯塑料,研究了材料内部填料分散状态,填料含量,基体粒径和温度对热导率的影响。结果表明,材料中填料粒子围绕在聚乙烯粒子周围,形成了特殊的网状导热通路;增大填料用量和基体粒径,热导率升高;填料体积用量为30%时体系热导率达0.96 W/m.K,是基体热导率的3倍多。用Y.Agari模型分析了基体粒径对形成导热通路的影响。此外,使用氧化铝短纤维和氮化硼混杂填料能获得更高的热导率。     

多层石墨/硅树脂导热复合材料的制备与性能

以硅树脂为基体材料, 多层石墨为导热填料, 采用旋转搅拌球磨法制备了多层石墨/硅树脂导热复合材料, 研究了填料对多层石墨/硅树脂复合材料热导率、 热膨胀系数(CTE)和热稳定性的影响。结果表明, 多层石墨在硅树脂中分散性良好。多层石墨/硅树脂复合材料的热导率随多层石墨填充量的增加而增大, 填充质量分数为45%时, 热导率达到2.26 W·(m·K)^-1, 超过此值之后热导率开始下降。随着填料的增加, 多层石墨/硅树脂复合材料热膨胀系数减小。与纯硅树脂相比, 多层石墨/硅树脂复合材料热稳定性高。相同填充量下多层石墨/硅树脂比SiC/硅树脂、 AlN/硅树脂的热导率高得多, 这说明径厚比大的片状填料更易形成有效接触和导热网链。     

石墨表面镀Si对石墨/Al复合材料热物理性能的影响

研究了石墨粒径及表面镀Si处理对石墨/Al复合材料热物理性能的影响。结果表明:在盐浴过程中石墨表面形成了SiC层,这不仅增强了石墨-Si/Al复合材料的界面结合力,而且抑制了Al4C3相的产生。随着石墨鳞片体积分数从50%增加到70%,复合材料X-Y方向的热导率从492 W/(m·K)增加到654 W/(m·K),而且体积分数为50%的镀Si石墨/Al复合材料抗弯强度达到了81 MPa,相比未镀覆的提高了53%,是理想的定向导热电子封装材料。随着石墨粒径从500μm减小到150μm,石墨-Si/Al复合材料X-Y面方向的热导率由654 W/(m·K)降低到445 W/(m·K),但Z方向的热导率和复合材料抗弯强度变化不明显。     

HDPE-g-MAH对HDPE/石墨导热复合材料性能的影响

针对高密度聚乙烯(HDPE)/石墨复合材料中石墨与HDPE的相容性差,复合材料性能较差的缺点,采用3-氨基丙基三乙氧基硅烷对石墨进行表面改性,然后以HDPE-g-MAH作为HDPE与石墨的相容剂,研究了其对HDPE/石墨导热复合材料性能的影响。结果表明,当HDPE-g-MAH用量为3%(质量分数,下同)时,HDPE/石墨复合材料的拉伸强度和冲击强度分别从未加HDPE-g-MAH时的25.0 MPa和5.9 J/m2提高到27.1 MPa和6.9 J/m2。SEM结果显示,HDPE-g-MAH改善了HDPE与石墨的界面结合情况。接触角和表面能结果进一步证明,HDPE-g-MAH改善了石墨在HDPE基体中的分散性,石墨在HDPE中的团聚减少。     

多层石墨/硅树脂导热复合材料的制备与性能

以硅树脂为基体材料,多层石墨为导热填料,采用旋转搅拌球磨法制备了多层石墨/硅树脂导热复合材料,研究了填料对多层石墨/硅树脂复合材料热导率、热膨胀系数(CTE)和热稳定性的影响.结果表明,多层石墨在硅树脂中分散性良好.多层石墨/硅树脂复合材料的热导率随多层石墨填充量的增加而增大,填充质量分数为45％时,热导率达到2.26W· (m· K)-1,超过此值之后热导率开始下降.随着填料的增加,多层石墨/硅树脂复合材料热膨胀系数减小.与纯硅树脂相比,多层石墨/硅树脂复合材料热稳定性高.相同填充量下多层石墨/硅树脂比SiC/硅树脂、AlN/硅树脂的热导率高得多,这说明径厚比大的片状填料更易形成有效接触和导热网链.     

PA基导热绝缘复合材料的制备及性能研究

以PA6为基体,鳞片石墨、碳化硅晶须、Al2O3颗粒三元复配填料为导热填料,经双螺杆挤出机熔融共混,模压成型制得导热绝缘复合材料。用扫描电子显微镜(SEM)、导热分析仪、超高电阻微电流测试仪和热重分析仪(TGA)对复合材料的微观形貌、导热性能、绝缘性能和热稳定性能进行了表征。结果表明,导热填料均匀分散在聚合物基体中,形成导热网络。随着三元复配填料用量的增加,复合材料热导率升高,表面电阻率和体积电阻率下降,起始分解温度逐渐上升。填料用量为50%(质量分数)时,复合材料的热导率、体积电阻率、起始分解温度分别为1.407W/(m.K)、1.03×1011Ω.cm、344℃。     

高导热环氧纳米复合材料的制备与性能表征

为提高环氧树脂(EP)导热率,文中在树脂基体中复配不同维度的导热填料——"0维"纳米氮化铝(nano-AlN)和"1维"碳纳米管(MCNTs)以期构建三维导热网络。使用N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷偶联剂(KH792)对纳米AlN进行表面改性,并通过酰胺法在H2SO4/HNO3酸化MCNTs表面成功接枝了二乙烯三胺(DETA),提高了无机填料与树脂基体之间的界面相容性,使导热网络的热传递效率大大提高。红外光谱、X射线衍射、拉曼光谱的结果均表明KH792和DETA已分别成功地接枝到纳米AlN和MCNTs表面。扫描电镜显示填料均匀分布在树脂基体中。导热测试证明,添加不同维度填料构建三维导热网络,以及对填料表面进行的有机改性,可以有效提升复合材料的导热率,当混合填料的体积分数(φ)为50%时,复合材料的导热率可提高至2.32 W/(m·K)。     

h-BN/SiCw/聚砜导热绝缘复合材料的协同导热效应

以聚砜为基体,具有二维结构的六方片状氮化硼和一维结构的碳化硅晶须二元复配填料为导热填料,使用双辊开炼机在高温熔融共混,模压成型制得导热绝缘复合材料。用扫描电子显微镜、导热分析仪、超高电阻微电流测量仪对复合材料的断面微观形貌、导热性能、电绝缘性能进行了表征。结果表明,不同形状的导热填料均匀分散在聚合物基体中,相互搭接形成导热网络,合适配比的二元复配填料对复合材料热导率的提高具有协同效应。随着二元复配填料用量的增加,复合材料热导率升高,表面电阻率和体积电阻率却有所下降。当h-BN与SiCw质量比为8/2,复配填料质量分数为50%时,h-BN/SiCw/聚砜复合材料的热导率达到2.728 W/(m·K),表面电阻率和体积电阻率为5.21×1013Ω和7.86×1013Ω·cm。     

氧化锌@石墨烯/环氧导热绝缘复合材料的制备及性能研究

以氧化石墨烯(GO)为载体,醋酸锌为锌源,采用溶胶-凝胶法成功制备了氧化锌@石墨烯(ZnO@rGO)复合填料并利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、拉曼光谱仪(Raman)、扫描电子显微镜(SEM)对复合填料的结构及微观形貌进行表征。然后以ZnO@rGO作为导热填料,制备了系列环氧树脂(ZnO@rGO/EP)导热绝缘复合材料,研究了填料含量对复合材料性能的影响。结果表明,复合填料能较均匀地分散于环氧树脂基体中,随填量的增加,ZnO@rGO(O_2)/EP复合材料的热导率不断增加,冲击强度先提高后降低。当添加22.04%(体积分数)的ZnO@rGO(O_2)填料时,复合材料的热导率达到0.58 W/(m·K),与纯环氧树脂材料相比提高了205.3%,而冲击强度由纯环氧树脂的15.9 kJ/m~2提高到25.0 kJ/m~2且该复合材料仍保持良好绝缘性能。     

氰酸酯树脂/氧化锌晶须/石墨烯纳米片导热复合材料研究

采用四针状氧化锌晶须(ZnOw)和石墨烯纳米片(GNP)改性氰酸酯树脂(CE)制备了系列导热绝缘复合材料,研究了填料的种类和用量对氰酸酯复合材料导热、绝缘及热稳定性能的影响。当树脂基体中加入50%ZnOw或10%GNP时,复合材料的热导率分别达到0.77和0.97 W/(m·K),较纯树脂基体材料分别提高了185%和259%。将ZnOw与GNP混合填充氰酸酯树脂则更有利于提高复合材料的导热性能,当树脂基体中加入40%ZnOw和10%GNP混合填料时,复合材料的热导率可达到1.54 W/(m·K),较纯树脂基体材料提高了470%,并且该复合材料仍能够保持良好的电绝缘性能。TGA结果表明,石墨烯纳米片和氧化锌晶须的加入可以明显提高氰酸酯树脂复合材料的热稳定性。     

离子液体改性聚酰亚胺石墨膜的制备与性能研究

为确保电子设备的正常运行和安全工作，围绕电子元器件热管理的研究近年来热度持续升高，聚酰亚胺(PI)作为基材生产的石墨膜是一种重要的导热材料，且能通过掺杂改性提高石墨膜的导热性能。而相较于固体导热填料，离子液体与聚酰亚胺基体的相容性更好，已常见于气体分离膜、无色聚酰亚胺(CPI)等应用。以4,4′-二氨基苯酰替苯胺(DABA)与3,3′,4,4′-联苯四甲酸二酐(BPDA)作为单体，利用1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐(IL)这一具有多个氢键位点的IL对PI薄膜进行改性，而后通过石墨化制备得高导热石墨膜。研究结果表明，IL含量为5.0%(质量分数)时，石墨膜晶粒尺寸为78.417 nm,石墨化程度达88%,导热系数达770 W/m·K,为纯PI基石墨膜的1.53倍。     

Al_2O_3粒径与形貌对尼龙复合材料导热性能影响研究

以尼龙(PA)为基体、三氧化二铝(Al2O3)为导热填料经熔融共混、模压成型后制得尼龙导热复合材料。通过扫描电子显微镜、导热分析仪对复合材料微观形貌、导热性能进行表征。结果表明,Al2O3在尼龙基体中具有良好的分散性;Al2O3填料含量、粒径和形貌都对复合材料导热率有影响,当粒径为5μm的片状Al2O3的填充量达到50%(质量分数)时,其导热率可达0.838 W/(m·K);不同形貌的Al2O3填料复配使用可以有效构建导热通路、提高复合材料热扩散系数,但会降低材料热容、使复合材料导热系数减小。     

BN表面沉积纳米Sn对BN/环氧树脂复合材料导热绝缘性能的影响

采用液相还原法,制备了BN表面沉积纳米Sn粒子(BN-Sn NPs)杂化材料,用于环氧树脂(EP)的导热绝缘填料。BN-Sn NPs表面纳米Sn的粒径和熔点分别为10~30 nm 和166.5~195.3℃。BN表面沉积纳米Sn后,粉体Zeta电位及压片的导热系数增加,EP滴在压片表面的接触角降低。在BN-Sn NPs/EP复合材料固化过程中,BN-Sn NPs表面纳米Sn熔融烧结,有利于填料相互桥联在一起,降低接触热阻,并改善界面性能,从而提高BN-Sn NPs/EP复合材料的导热系数。当填料体积含量为30vol%时,BN-Sn NPs/EP复合材料的导热系数达1.61 W(m·K)?1,比未改性BN/EP复合材料的导热系数(1.08 W(m·K)?1)提高了近50%。Monte Carlo法模拟表明,BN和BN-Sn NPs在EP基体中的接触热阻(R_c)分别为6.1×106 K·W?1和3.7×106 K·W?1。与未改性BN/EP复合材料相比,BN-Sn NPs/EP复合材料的介质损耗增加,介电强度及体积电阻率降低,但仍具有良好电绝缘性能。      

氧化锌晶须/环氧树脂导热绝缘复合材料的制备与性能

以环氧树脂(E-44)为聚合物基体,四针状氧化锌晶须(ZnOw)为填充材料,制备了氧化锌晶须/环氧树脂导热绝缘复合材料,研究了ZnOw含量对复合材料的导热性能、电性能的影响,并用扫描电子显微镜对断口形貌进行了观察。结果表明,较少量ZnOw的加入(体积分数<10%),复合材料的导热性能得到有效改善,但仍维持了聚合物材料所具有的电绝缘和低介电常数、低介电损耗的特点。其中当ZnOw体积分数为10%时,ZnOw/EP复合材料的热导率达到0.68W/(m·K),相比纯环氧树脂提高了3倍。     

HDPE/EG/石蜡导热定形相变材料的制备及性能

采用熔融共混法制备高密度聚乙烯(HDPE)/膨胀石墨(EG)/石蜡导热定形相变材料(PCM),并对其渗漏率、微观形貌、导热性能和相变潜热进行研究。结果表明:导热定形相变材料中,HDPE,EG和石蜡三种组分具有较好的相容性;PCM中添加EG时渗漏率有所提高,但渗漏率随EG含量的增加而降低;EG含量为15%(质量分数)时,PCM渗漏率低于0.6%;PCM热导率随EG含量的增加而增加,EG含量为15%时,热导率达到1.265W/(m·K);PCM的相变潜热随EG含量的增加变化不大。     

PMMA/Cu碳纳米管复合材料热学特性实验

CNT的准一维中空特性和优异的长径比让其成为优异的导热材料。利用酸化的多壁碳纳米管,分别采用原位聚合和粉末冶金的方法制备MWCNTs/聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA),MWCNTs/铜(Cu),以及MWCNTs/Cu/PMMA复合样品。实验结果表明,1.3%(质量分数)MWCNTs/PMMA和1.3%(质量分数)MWCNTs/1.3%(质量分数)Cu/PMMA相比纯PMMA的导热率分别提高8%和29.14%;2%(体积分数)MWCNTs/Cu相比纯Cu的导热率提高8.47%。利用SEM图观察到MWCNTs分散在基底中,并从Raman光谱得到MWCNTs的G带和D带峰。     

PMMA-b-PS结构及有机累托石对其凝胶聚合物电解质性能的影响

通过原子转移自由基聚合反应(ATRP)合成3种嵌段比不同的聚甲基丙烯酸甲酯-b-聚苯乙烯(PMMA-b-PS),研究其嵌段比例对凝胶聚合物电解质(GPE)电性能的影响。结果发现,以3种嵌段共聚物为基体的GPE导电性均优于纯PMMA基GPE,这可能是因为刚性链段的存在改变了凝胶体系的自由体积;当聚合物含量为40%(质量分数)时,PMMA-b-1PS基GPE的电导率最高。选择电性能较优的PM-MA-b-1PS为基体,研究有机累托石(OREC)对该凝胶电解质(NGPE)性能的影响。在保持凝胶体系固含量为40%(质量分数),OREC添加量为聚合物的3%(质量分数)时,室温下NGPE的电导率达到了3.11×10-4S/cm,约为PMMA基GPE的18倍;热失重分析表明,质量损失5%时,PMMA-b-1PS基GPE热分解温度比PMMA基GPE热分解温度高66.1℃,NGPE的热分解温度相比PMMA基GPE提高了78.0℃。     

HIPS/HDPE共混物的动态黏弹行为与相形态

采用动态流变测试和扫描电子显微镜技术,考察高抗冲聚苯乙烯(HIPS)/高密度聚乙烯(HDPE)共混物的动态黏弹行为与相形态,对比1%(质量分数,下同)的纳米和微米CaCO_3对HIPS/HDPE(30/70)不相容共混物的增容效果。结果表明:当HDPE小于30%时,HIPS/HDPE共混物在低频区的复数黏度和储存模量均显示出明显的正偏差,而当HDPE大于30%时,则呈现负偏差;前者与HDPE和PB粒子间的相互作用相关,而后者归因于HDPE基体与PS分散相之间较弱的界面相互作用。当HIPS为基体时,HDPE分散相粒子呈现较宽的尺寸分布;而当HDPE为基体时,PS分散相呈现双模尺寸分布,对应于两种不同类型的PS分散相粒子的存在。1%的纳米CaCO_3对HIPS/HDPE(30/70)不相容共混体系起到了一定的增容效果,CaCO_3纳米粒子主要位于HIPS/HDPE相界面以及HDPE连续相内;而微米CaCO_3对该共混体系仅起到了增黏而非增容作用,CaCO_3微米粒子仅位于HDPE连续相内。