环氧树脂复合材料的制备及其导热性能研究

分别采用氮化硼(BN)、多巴胺改性BN(BN@PDA)、氮化硼与碳纳米管(CNTs)复配作为导热填料填充环氧树脂,制备了一系列导热复合材料。研究了填料种类、含量对复合材料导热性能、介电性能等的影响。结果表明:经多巴胺改性的BN微粒能均匀分散在环氧树脂体系中,当BN@PDA的质量分数为50%时,BN@PDA/EP复合材料的热导率达到1.232 W/(m·K),较纯环氧树脂的热导率提高了250%。在相同的BN@PDA含量下,采用BN@PDA/CNTs复配填料时可以制备得到高导热高介电的复合材料,热导率提高至2.147 W/(m·K),同时1 kHz下的介电常数提高至51.881,介质损耗因数仅为0.043。     

高导热环氧树脂复合绝缘材料的制备与性能研究

环氧树脂等高分子聚合物材料热导率低,长期使用时,存在热导致的故障和绝缘失效等隐患.通过向环氧树脂中填充具有高导热性和高绝缘性的微米氮化硼和纳米氧化铝填料制备高导热复合绝缘材料,研究填料填充量及配比对复合材料导热性能和绝缘性能的影响.结果表明:当总填充量为30％,微米h-BN与纳米A12O3的质量比为3∶1时,复合材料的热导率、击穿时间和复介电常数虚部ε"分别为1.182 0W/(m·K)、31.9 s和0.034,比环氧树脂分别提升了697％、21.4％和406％,且复合材料在高频高压电场下具有良好的耐受性能.     

具有双连续结构的BN/PP/SEBS复合材料导热与绝缘性能的研究

通过将聚丙烯(polypropylene,PP)与弹性体(styrene-ethylene-butylene-styrene,SEBS)材料共混并掺杂高导热填料可提高PP绝缘材料的使用性能。为了研究导热填料在聚合物基体中的分散规律,有效调控导热网络的形成,该文将不同含量SEBS与PP共混作为基体,以氮化硼纳米片(boron nitride nanosheets,BNNSs)为导热填料,改变2种基体树脂的比例、BNNSs含量,通过熔融共混,制备出复合材料,分别探究SEBS与BNNSs含量对复合材料的微观结构、热导率、变温电导特性、本体击穿特性和力学性能的影响。结果显示：随着SEBS比例的增加,有机相逐渐由“海岛”结构转变为“双连续”结构,相同BNNSs含量下,调控有机相结构,可显著提升复合材料热导率。复合材料不仅具有良好的导热性能(0.425 4 W/(m·K)),且保证了自身在高温下的绝缘性能以及机械性能,拓展了绝缘材料的实用性。     

聚乙烯/氮化硼高导热复合材料的耐电弧性和介电性能

聚乙烯是一种重要的绝缘材料,但较低的热导率限制了其进一步应用。向聚乙烯基体中添加高导热无机颗粒可有效提高复合材料整体的热导率,同时会对其耐电弧性和介电性能产生影响。鉴于此,分别以微米氮化硼和微纳米混合氮化硼颗粒作为填料,制备了不同填料质量分数的两类聚乙烯/氮化硼复合材料。除了对各复合试样的热导率进行测量,还通过高压电弧起痕实验分析了各试样热导率对其耐电弧性的影响,最后对各试样的相对介电常数和交流击穿强度进行了评估。结果表明:当氮化硼填料的质量分数由0增加至40%,复合试样的热导率不断增大,耐电弧性随之增强。但是基体中填料质量分数较高时(20%),复合试样的相对介电常数明显增大、交流击穿强度显著下降。此外,基体中填料的质量分数相同时,微纳米混合氮化硼颗粒填充的复合试样具有更优异的导热性能、耐电弧性和介电性能。     

微秒脉冲电场频率对氮化硼纳米片取向程度及复合材料电热性能的影响

纳秒脉冲电场(电场强度大于200kV/mm)已用于诱导填料的取向排列,以制备高热导率的聚合物基薄膜(120～250μm)复合物。但由于需要极高的纳秒脉冲电压,因此对块状复合物的研究很少。该文采用脉宽1μs、电场仅为11.76kV/mm的微秒脉冲电压制备厚度为1.7mm的块状复合物,研究频率对氮化硼纳米片(BNNSs)取向程度及复合材料热导率的影响。用断面扫描电镜(SEM)和X射线衍射峰(XRD)表征纳米片的取向程度。结果表明,纳米片的取向度和复合材料的热导率随着频率的增加而增加,但在较高频率下其增加速率明显降低。当微秒脉冲电场频率为100Hz时,热导率为0.588W/(m·K),是未施加电场的复合材料的两倍以上。此外,测量了纯环氧树脂和复合材料的交流击穿场强,结果表明,微秒脉冲电场下制备的取向型复合材料的交流击穿性能优于纯环氧树脂。     

微纳掺杂对环氧/氮化硼复合绝缘热导率和击穿特性的影响

采用微米和纳米氮化硼(BN)为填料,制备了微纳掺杂环氧/BN复合绝缘材料,并对BN掺杂总量一定时,环氧/BN复合绝缘热导率和击穿特性随纳米BN掺杂量的变化进行研究.结果表明:当控制BN掺杂总质量分数为20％时,随着纳米BN含量的增加,复合绝缘的热导率略有下降,工频电气强度先上升后下降,厚度为0.2 mm的试样在8 kV、25 kHz高频双极性方波电压下的耐压时间缩短.纯微米BN掺杂的环氧复合材料热导率最大(0.83 W/(m·K)),且在高频双极性方波电压下的耐压时间最长(193 s),分别比纯环氧树脂提高了277％和408％;当纳米BN的质量分数为1％时,环氧复合绝缘的工频电气强度最高,为131 kV/mm,比纯环氧树脂提高了27％.因此,对于微/纳米共掺杂环氧复合体系而言,纳米颗粒的加入主要有助于提高复合材料的工频电气强度,但会使复合材料的热导率下降,缩短其在高频双极性方波电压下的耐压时间.     

微秒脉冲电场强度对BNNSs取向程度和环氧树脂复合材料热导率的影响

脉冲电场可以诱导绝缘高导热填料在基体中取向排列,使其在热流方向上形成高效热传导网络,可以有效地提高复合材料的热导率,但电场强度的影响规律尚不清晰.因此,该文使用微秒脉冲电场诱导氮化硼纳米片(BNNSs)取向排列,研究不同脉冲电场强度对BNNSs取向程度及复合材料热导率的影响,同时基于固化过程中BNNSs的受力情况,分析...     

改性氮化硼/环氧树脂复合材料的制备及性能研究

采用多巴胺盐酸盐对氮化硼(BN)进行表面改性,然后在BN表面沉积银纳米粒子,得到复合填料Ag@BN。以Ag@BN填充环氧树脂制备复合材料,研究填料改性、含量对复合材料导热性能、介电性能的影响。结果表明:改性后的BN微粒能均匀地分散在环氧树脂体系中,当Ag@BN质量分数为50%时,Ag@BN/EP复合材料的热导率达到1.321 W/(m·K),较纯环氧树脂材料提高了275%,同时1 kHz下复合材料的介电常数提高至10.8,介质损耗因数维持在0.5以下。     

球形氮化硼/环氧复合材料的制备及绝缘性能研究

针对常规片状氮化硼比表面积大,与环氧树脂复合时会急剧增大树脂黏度的问题,本研究制备了球形氮化硼,并将其作为填料与环氧树脂复合制备了球形氮化硼/环氧复合材料。研究了球形氮化硼/环氧复合材料的制备工艺和固化特性,对比研究了片状/球形氮化硼填料的形貌和填充量对环氧树脂复合材料力学性能和电学性能的影响规律。结果表明：随着反应温度升高,环氧树脂的固化度呈现“S”型曲线变化,整个固化过程可大致分为“慢-快-慢”3个阶段。力学性能方面,加入少量氮化硼可以提高环氧树脂复合材料的力学性能;高填充量时,球形氮化硼/环氧复合材料比片状氮化硼/环氧复合材料具有更优异的力学性能。电气性能方面,环氧树脂复合材料的相对介电常数随填料含量的增加而增大,介质损耗因数均低于0.02;与片状氮化硼/环氧复合材料相比,球形氮化硼/环氧复合材料的“填料-树脂”界面减少,具有更低的相对介电常数和介质损耗因数;添加适量的氮化硼能够显著提高复合材料的体积电阻率和电气强度。     

环氧液晶接枝氧化铝/环氧树脂复合材料的制备与热性能

将支化环氧液晶接枝到氧化铝纳米颗粒表面,再将其加入到环氧树脂中制备成复合材料,并对环氧液晶接枝氧化铝/环氧树脂复合材料的热性能进行研究。结果表明:加入环氧液晶接枝氧化铝纳米颗粒后,环氧树脂复合材料的导热系数从纯环氧树脂的0.16 W/(m·K)提高到BLCE-g-Al2O3含量为30%时的0.238 W/(m·K),增加了48.75%;复合材料的初始储能模量比纯环氧树脂的初始储能模量提高了181 MPa,玻璃化转变温度提高了24℃。随着Al2O3填充量的增加,复合材料的热膨胀系数逐渐减小。     

含有氮化硼势垒层的三明治结构聚合物基复合介质储能特性研究

聚合物基高温储能介质因其较高的功率密度及优异的充放电效率被广泛应用在电气和电子等领域。该文选用不同粒径的氮化硼纳米片(BNNSs)作为填料，掺杂到聚醚酰亚胺(PEI)中构建势垒层，添加在纯PEI两侧制备拥有三明治结构的复合薄膜，探究粒径大小在不同温度/填充体积分数下对复合薄膜的介电性能及储能性能的影响。研究发现，构建BNNSs势垒层的三明治结构复合薄膜显著抑制了介质的高温电导，提高了充放电效率，且较小粒径BNNSs填充势垒层能更有效地提高击穿场强和储能密度，其中掺杂200 nm粒径BNNSs体积分数为5%的复合薄膜在常温下的储能密度可达5.65J/cm³，充放电效率高达96%，即使在150℃下，储能密度和充放电效率也可分别达到2.52 J/cm³和95%。通过随机击穿模型阐明了粒径大小及三明治势垒层结构对击穿性能的提升机制。该文提出的含有势垒层的三明治复合结构为高温下复合薄膜储能特性优化提供了新的策略。     

高导热环氧树脂基复合绝缘材料及其在金属基覆铜板中的应用

本文介绍了高导热环氧树脂基复合绝缘材料的导热机理和研究现状,提出了高填充率低黏度环氧树脂基复合材料的制备方法,重点探讨了填料表面改性处理及混配、液晶环氧应用和电场调控填料有序配置等关键技术问题,对比分析了高导热环氧树脂基复合材料与普通环氧树脂的导热性能。最后对金属基覆铜板用高导热环氧树脂基复合绝缘材料的发展方向和应用前景进行了展望。     

电子封装用环氧树脂/氮化硼导热复合材料的研究进展

环氧树脂(EP)是常用的电子封装材料,向环氧树脂中添加高导热氮化硼(BN)填料是提高环氧树脂复合材料热导率的有效方法之一。本文介绍了电子封装用环氧树脂基复合材料的导热机理,综述了近年来电子封装用环氧树脂/氮化硼复合材料的研究进展,最后展望了环氧树脂/氮化硼导热复合材料的发展前景。     

无规氧化铝/环氧复合材料导热绝缘性能的研究

环氧树脂作为电子器件、电机绝缘封装的主要材料，迫切需要提高其导热性能，以满足更苛刻的使用需求。通过采用无规形貌氧化铝(i-Al₂O₃)填充共混改性环氧树脂，研究不同体积分数i-Al₂O₃对环氧树脂导热系数及其他性能的影响。结果表明：随着i-Al₂O₃体积分数的增加，环氧共混物的黏度逐渐增加，拉伸强度先上升后下降，热稳定性逐渐提高，导热性能逐渐增强。当i-Al₂O₃的体积分数为45%时，环氧复合材料的综合性能良好，其导热系数达到了1.44 W/(m·K)，较纯环氧树脂的0.21 W/(m·K)提高了585.7%，并且体积电阻率保持在1014Ω·cm。     

AlN/环氧树脂绝缘材料的制备及性能研究

以AlN为导热填料制备了高导热环氧树脂绝缘材料。根据AlN填充量、AlN表面改性方法、树脂固化温度、不同粒径AlN填充比例4个因素,设计不同水平正交试验,通过极差分析法和方差分析法,确定了AlN填充量为影响热导率的最关键因素;此外,不同粒径AlN的填充比例和树脂固化温度也是影响AlN/EP热导率的关键因素。最后,考察了以上3个关键因素对AlN/EP体积电阻率、表面电阻率和沿面闪络击穿电压的影响规律。结果表明:在低温固化、AlN填充量为60%、微米/纳米AlN按50%比例混合填充时,AlN/EP的热导率最高可达1.13 W/(m·K);AlN/EP的体积电阻率、表面电阻率和沿面闪络击穿电压均随AlN填充量和纳米AlN比例的增加而提高,在80℃以下随着固化温度的升高而逐渐降低。     

氮化硼纳米片及其导热硅橡胶复合材料的研究

采用化学剥离法剥离BN制备了一种具有良好绝缘性能和导热性能的氮化硼纳米片(BNNSs),并对比了BN和BNNSs分别填充硅橡胶导热复合材料的导热性能,揭示了BNNSs在导热硅橡胶复合材料中的作用。然后利用BNNSs和Al_2O_3复合填充硅橡胶复合材料,并对该复合材料的导热性能和体积电阻率进行测试分析。结果表明:BNNSs和Al_2O_3复合填充可以大幅提高硅橡胶复合材料的导热系数,并保持良好的电绝缘性能。     

氧化铝粒子填充环氧基复合材料导热性能的研究

以Al_2O_3为导热填料制备了填充型环氧基复合材料,研究了其导热系数与氧化铝粉体的填充量、粒径和形状之间的关系。结果表明:复合材料的导热系数随着氧化铝填充量的增加而增大,当氧化铝填充量较低时,导热系数随填料粒径的增加而增大;当氧化铝填充量较高时,导热系数随填料粒径的增加而减小。通过复配填充的方法最终获得了导热系数大于1.10 W/(m·K)且黏度适宜的环氧基复合材料。     

电子封装用复合导热绝缘环氧胶粘剂的研制

以环氧树脂E-44为基体,通过加入不同量和种类的导热绝缘填料氮化硅、氮化硼、氧化铝、碳化硅来调节胶粘剂的导热性能,通过加入不同量的增塑剂来调节胶粘剂的粘度和韧性以适应于工业化涂布生产.重点研究了胶粘剂的粘度、导热性等性能与配方之间的关系,确定了一种适合于工艺生产、综合性能良好的电子封装用导热绝缘环氧胶粘剂.当复合填料中氮化硅、氧化铝、氮化硼的质量分数分别为环氧树脂基体的25%、25%、10%时,体系的导热率最高为2.66W/m·K,为纯环氧树脂基体的11.6倍.     

聚酰胺酸低黏化制备导热BN/PI复合薄膜

为解决填料在高黏度聚酰胺酸（PAA）中易团聚、分散性差的问题，本研究以3,3′,4,4′-联苯四甲酸二酐（BPDA）和对苯二胺（PDA）为原料，采用酸酐水解法在较高固含量下合成了低黏度的聚酰胺酸溶液。在此基础上，通过填料的液相法超声分散预处理和高效球磨混合工艺，制备了氮化硼质量分数为0～40%的氮化硼/聚酰亚胺（BN/PI）复合薄膜，系统考察了填料的分散性以及复合薄膜的力学、耐热、导热等性能。结果表明：聚酰胺酸的低黏化及填料混合分散工艺赋予了填料良好的分散性，并对BN/PI复合薄膜的性能产生重要影响。当填料质量分数为40%时，复合薄膜的力学强度约为140 MPa，玻璃化转变温度为385.2℃，导热系数高达0.741 W/(m·K)，相比无填料添加的纯PI膜提高了338%。     

碳纳米管-玻璃纤维绝缘导热复合材料的制备及性能研究

为研究玻璃纤维、碳纳米管共改性环氧复合材料导热特性,制备了不同含量碳纳米管、玻纤填充的环氧复合材料试样,并测试了其体积电阻率、介电常数、介质损耗正切角、交流短时击穿电压及导热系数,分析了各填充组分对复合材料绝缘及导热特性的影响。实验发现,向环氧基体中添加少量碳纳米管,对其体积电阻的影响很小;但向玻纤增强的环氧树脂中掺杂碳纳米管,则可提高其体积电阻率和击穿电压,降低其介电常数和介质损耗,且当碳纳米管和玻纤的掺杂量分别取0.2wt%和40wt%时,材料绝缘效果最佳,能够满足母线运行绝缘要求。同时,环氧复合材料导热系数与玻纤含量呈正相关特性,单玻纤填充量为40wt%时,其导热系数可达到0.638W/(m?K),而双组分填充时则可升至1.286 W/(m?K)。研究表明,碳纳米管与玻纤在共改性环氧树脂过程中导热存在互助效应,在兼顾环氧复合材料电气绝缘的同时,可进一步改善其导热性能,从而降低母线温升。