有机硅树脂基导热复合材料的制备与导热性能研究

以自制甲基苯基乙烯基有机硅树脂(SR)为基体,分别填充Al2O3、BN、Si3N4、AlN和SiC等导热填料,制备出一系列有机硅树脂基导热复合材料,并重点对系列复合材料的导热性能进行综合对比和分析。研究结果表明,添加20份AlN填料,可将有机硅树脂的导热性能提升到其纯树脂的2倍以上。同时AlN的用量和粒径会对SR/AlN复合材料的导热系数产生直接的影响,其导热系数随AlN用量的增加而增大,在0.03、2μm和5μm 3种粒径规格中,粒径为2μm的AlN改性有机硅复合材料的导热系数最大。进一步的研究表明,相对于SR/AlN,将BN与AlN按4∶6的体积比复配后填充制备的SR/BN/AlN复合材料的导热性能得到了进一步的提升,其导热系数达到了1.885W/(m·K)。     

填料型高导热复合材料的研究现状与发展趋势

填料型导热复合材料是LED等半导体在封装及使用过程中一种常见的散热材料,它利用高导热填料填充具有密度小、可加工性能好、成本低廉等优点的高分子聚合物制备而成,对降低半导体器件的结温、增强其综合特性大有裨益。简要概述了近年来填料型导热复合材料的研究现状,并对其发展趋势进行了预测,以期为LED的实际散热需要提供技术参考,进而推动LED产业的发展。     

环氧树脂/改性氧化石墨复合材料的制备及性能研究

采用改进Hummers法制备了氧化石墨,用硅烷偶联剂KH550对其进行改性,并制备了环氧树脂/氧化石墨复合材料。通过导热系数测定、热重分析(TG)、扫描电子显微镜(SEM)对复合材料进行分析和表征。结果表明:加入改性后的氧化石墨可以有效提高复合材料的导热系数,含2.0wt%改性氧化石墨的复合材料导热系数为0.36 W/m·K,比纯树脂材料的导热系数提高16.1%;复合材料热分解温度比纯环氧树脂提高了49℃;改性氧化石墨的加入能够提高复合材料的断裂韧性。     

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。     

铝蜂窝增强膨胀石墨/石蜡复合材料的制备和性能研究

以石蜡(PW)为相变材料、膨胀石墨(EG)为导热增强剂和定形材料、铝蜂窝为导热和结构强度增强材料,制备了铝蜂窝增强EG/PW复合材料板。通过X射线衍射仪、红外光谱和差示量热等手段分析了铝蜂窝增强EG/PW复合材料的物相、化学结构和相变行为,测试了导热系数,并对比了PW和铝蜂窝增强EG/PW复合材料对动力锂电池的控温散热效果。结果表明:EG与PW之间未发生化学反应,EG/PW复合材料的相变潜热略低于理论计算值,过冷度变小;其导热系数随EG含量的增加而增大;与PW相比,铝蜂窝增强EG/PW复合材料对动力锂电池具有良好的控温散热效果。     

新型高导热绝缘包覆母排材料的制备及性能

以甲基乙烯基硅橡胶为基体,氧化铝为导热填料制备了一种高导热绝缘包覆母排材料,并对其力学性能、热导率、形貌和介电性能进行了测定。研究表明,随着氧化铝含量的增加,导热性能和力学性能相应提高,介电损耗升高,介电强度下降;小粒径填充的导热材料性能比大粒径填充的导热材料性能好;硅烷偶联剂及表面处理方式对导热材料性能有一定的影响;混杂粒径填充能适当提高导热材料的导热性能。     

模压氮化硼/聚对苯二甲酸乙二醇酯复合材料的导热机制与散热效果

电子电器设备中元器件的高密度集成使得散热问题日益突出,对导热材料的需求不断增长。本文以聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)为基体,六方氮化硼(h-BN)作为导热填料,通过熔融共混法制备h-BN/PET复合材料,考察了h-BN含量和PET基体聚集态结构对复合材料导热性能的影响,分析了复合材料的导热机制,并从材料应用的角度探讨了复合材料导热系数的温度依赖性和散热效果。结果表明,PET基体的结晶度和h-BN含量对复合材料的最终导热系数均有贡献,复合材料的导热系数随结晶度和h-BN含量的增加而提升。h-BN发挥了异相成核作用,显著加快了PET的结晶速度,提高了PET的结晶度。模压成型中h-BN受剪切应力驱使在PET基体中沿流动方向取向,导致复合材料呈现明显的各向异性特征。面内方向h-BN的有序排列为声子提供了更为通畅的传导通道。当h-BN含量为50wt%时,复合材料的面内与面间导热系数分别达到最大值3.00 W·(m·K)^-1和2.19 W·(m·K)^-1。h-BN/PET复合材料具有良好的散热效果,h-BN含量越高,复合材料的冷却速率越快,散热过程中温度...     

全球首例大功率LED应用尼龙导热材料

灯具散热系统一直以来都以铝作为材料。塑料由于导热系数很小,不能满足散热要求,所以不能用在LED散热领域。目前,帝斯曼公司推出的新型导热塑料在保持一般塑料材料的优点基础上,增加了它的导热系数,使其导热系数达到一般塑料的10～50倍。在飞利浦和帝斯曼的共同努力下,飞利浦MASTER LED MR16新式灯具成为了全球首例大功率LED应用,其铝     

连续铝纤维制备尼龙6导热复合材料

以连续铝纤维为导热填料、尼龙6(PA6)为基体,采用挤出造粒,制备低填充、高导热、力学性能优良的导热尼龙复合材料。研究了铝纤维用量、直径、长度,与氧化铝(Al2O3)粉末复配、表面处理等因素对导热性能的影响,分析了微观结构。结果表明,铝纤维用量较高,铝纤维长度越长,复合材料导热性能越好;铝纤维用量低于4%时,改性效果8μm12μm16μm;铝纤维用量大于4%时,改性效果16μm12μm8μm;氧化铝与铝纤维无法起到协同作用,反而导致材料导热性能下降;γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH560)对铝纤维表面处理可以提高材料的导热性能。当铝纤维用量为10%,长度为10 mm,表面处理后,复合材料导热系数可达1.85 W/(m·K)。     

导热硅橡胶的制备及性能研究

与其它合成橡胶相比,硅橡胶具有优异的耐高低温、耐候、耐老化、电气绝缘、生理惰性等优点.当配合加入无机导热填料(如金属粉末、金属氧化物、氮化物等)后可制成导热硅橡胶.虽然导热硅橡胶的研究历史不长,但它已逐步得到了实际应用,并且随着现代科学技术和工业生产的发展,其应用领域越来越广,用量越来越大,对其性能的要求也越来越高.但是,目前对导热硅橡胶的研究重在应用方面,其理论研究滞后于应用研究,且理论研究仅仅为初步,并不深入.因此在设计开发高品质导热硅橡胶的同时,重点对导热硅橡胶进行了基础理论研究. 选择ZnO、Al2O3、SiC、AIN、BN 5种导热填料填充的导热硅橡胶作为研究对象,对导热硅橡胶的导热性能、力学性能、熟稳定性、各种影响因素及其作用机理等进行了研究;以导热硅橡胶的TGA数据为基础,研究了导热填料对硅橡胶热稳定性及其热降解动力学的影响,并对其热降解动力学参数进行了计算;通过溶液插层法制备VMQ/EG导热复合材料,将材料的结构、热稳定性、导热性等与传统熔融共混法制备VMQ/EG导热复合材料进行了对比,分析了影响材料导热性能的因素,探索了其导热机理;制备了具有导热性的硅橡胶/EPDM并用胶,并研究了导热填料对并用橡胶力学性能、导热性能的影响. (1)导热硅橡胶的性能研究.以甲基乙烯基硅橡胶作为基胶,以气相白炭黑为补强剂,考察了导热填料ZnO、Al2O3、SiC、AIN、BN对所填充的高温硫化导热硅橡胶性能的影响.研究发现,所得导热硅橡胶的各项性能与所用导热填料种类密切相关,SiC>AIN>Al2O3>ZnO>BN.对制备的导热硅橡胶的导热系数进行理论拟合,结果发现材料导热系数与Agari方程拟合较好.多种粒径导热填料配合使用能够显著提高橡胶导热性能,例如选用不同粒径的Al2O3导热填料制备的导热硅橡胶,当m(Φ27nm):m(Φ2μm)=3:1、m(Φ50μm):m(Φ50μm)=1:3或3:1时,所得硅橡胶的导热系数提高较大.导热填料经过表面处理后制备的硅橡胶导热系数有明显提高,其中用A-172处理Al2O3效果最好,比未处理时(0.546 W/(m·K))提高了12.7%.硅橡胶交联密度增加,导热网络变得更加致密,硅橡胶导热系数也增加,但当连续致密的导热网络形成以后,交联状态对硅橡胶导热系数的影响不再明显.降低硫化温度能够显著提高硅橡胶的导热系数,当硫化温度从160℃降到120℃时,所得硅橡胶的导热系数增加了5.5%;当硫化温度从120℃降到80℃时,导热系数增加24.9%.硅橡胶/Al2O3、硅橡胶/ZnO的导热系数随温度的升高而降低,随导热填料用量增加,硅橡胶的导热系数降低的程度增大;导热硅橡胶材料中存在明显的PTC(正温度系数)现象. (2)导热硅橡胶热降解动力学研究.应用TGA数据,采用改进的Freeman-Carroll方法对填充导热填料Al2O3和ZnO的导热硅橡胶的热降解动力学参数进行了计算,发现导热硅橡胶的起始热降解反应温度较高,其相应的反应活化能也大于空白硅橡胶.导热硅橡胶的热降解反应以零级反应为主,反应活化能是温度的函数,而且对温度的敏感性随温度的升高而变弱. (3)溶液插层法制备硅橡胶/膨胀石墨(VMQ/EG)导热复合材料.用X射线衍射对制备的VMQ/EG复合物进行了结构表征.对比溶液插层法和熔融共混法制备的VMQ/EG复合材料发现,EG用量小时,溶液插层法制备的VMQ/EG复合材料导热系数较高,并且能够显著改善硅橡胶的热稳定性能.这是因为溶液插层法制备的VMQ/EG复合材料中EG在经过插层、混炼、模压成型等工序后不但保留了原始结构,而且变得更紧密;而熔融共混法制备的VMQ/EG复合材料中EG的网络结构被彻底破坏.插层法制备的VMQ/EG复合材料虽然能够显著提高硅橡胶的导热性,但EG用量受到限制,硅橡胶导热性能的进一步提高非常困难.研究发现,当在VMQ/EG体系中继续加入第三组分(如SiC、AlN、BN、Al2O3、ZnO、碳纤维(CF)等)时可以进一步提高VMQ/EG材料的导热系数. (4)硅橡胶/三元乙丙橡胶(EPDM)导热并用胶研究.系统研究了固定硅橡胶与EPDM配比的条件下,增容剂Si69以及硫化荆DCP用量对并用导热硅橡胶力学性能的影响,以及导热填料及配合方法等对并用橡胶的力学性能、导热性能的影响.硅橡胶/EPDM并用导热硅橡胶与纯导热硅橡胶相比,其力学性能可得到显著提高.并用橡胶的热稳定性介于纯硅橡胶和EPDM之间.     

基于正交试验的地热固井材料性能评价

常规地热固井材料导热系数低,会影响地热井取热量及降低能源利用效率。为了提高地热固井材料导热系数,本研究采用正交试验并运用层次分析和极差分析,对地热固井材料各项指标进行综合性能研究。研究表明：石墨、氧化铝和钢渣粉都能有效提高导热系数,石墨提升作用明显,钢渣粉次之,氧化铝最小;综合性能评价中石墨属于显著因素,氧化铝和钢渣粉属于一般因素;随着石墨掺量的增加,导热系数逐渐升高,8 h抗压强度和流动度降低。高导热固井材料最佳配比为：7%石墨、1%氧化铝黄睿、3%钢渣粉,导热系数为1.604 W/(m·K),比常规固井材料0.9059 W/(m·K)的导热系数提高了约77%。     

BN&AlN&SiC/环氧树脂复合材料线膨胀系数对LED寿命的影响

在全球大规模推广使用LED照明的今天,使用寿命是制约LED发展的瓶颈,其中,封装材料的线膨胀系数对大功率LED的使用寿命具有重要的影响。由于大功率LED粘接层材料比其相邻材料的线膨胀系数大,在循环工作时各层之间的膨胀收缩不一致,导致层与层之间产生翘曲裂纹现象,从而影响LED的使用寿命。文中采用向环氧树脂(EP)中分别加入氮化硼(BN)、氮化铝(AlN)、碳化硅(SiC)微粉颗粒制备出3种——BN/EP、AlN/EP、SiC/EP复合材料,并对其进行对比分析。研究结果表明,BN/EP复合材料性能最佳,线膨胀系数可降至3.86×10-5 K-1。且当BN质量分数为55%时,导热系数达到1.598 W/(m·K),粘接强度为53.83 MPa。与纯环氧树脂相比,可使1 W LED芯片结温降低约29.6℃,寿命提高约2.2×104 h。     

石墨烯及其复合材料导热系数测量的研究进展

石墨烯是当下材料学研究的热点和难点,其优越的导热性能,超越了绝大多数的材料,具有广泛的运用前景。近10年来,石墨烯产业的快速发展对其导热系数准确测量的需求越来越迫切。对石墨烯及其复合材料的定义、制备方法和在散热上的应用进行了综述;介绍了传统的导热系数测量方法,以及适用于石墨烯导热系数测量的激光闪光-拉曼光谱法和电热微桥法,对比了部分文献报道的石墨烯导热系数测量值;对熔融注塑法制备的还原氧化石墨烯和聚丙烯复合材料样品的导热系数和热扩散系数进行了测量,从热扩散系数测量结果发现其导热性能存在严重的各向异性;根据测量研究进展指出当前石墨烯及其复合材料导热系数测量存在的问题,并分析了导致这些问题的原因;最后,对石墨烯及其复合材料导热系数测量的研究进展进行总结和展望。     

苯丙乳液-矿渣地聚物泡沫复合材料的制备及性能

以苯丙乳液、矿渣地聚物、导热石墨粉为原料,利用化学发泡原理制备出一种具有自流平、成膜固化快、高弹、高导热等特点的泡沫复合材料。详细研究了H2O2掺量、导热石墨粉掺量及其粒度分布对泡沫复合材料传热性能、材料力学性能及压缩变形性能的影响规律。研究结果表明,随H2O2掺量的增加,泡沫复合材料的拉伸强度、断裂伸长率、压缩强度、导热系数均降低,弹性恢复率增加;随导热石墨粉掺量增加,拉伸强度先增加后降低,断裂伸长率降低,压缩强度增加,弹性恢复率小幅波动,导热系数增大;随导热石墨粉平均粒径增大,拉伸强度减小,压缩强度增大,导热系数先增大后减小;导热石墨粉的颗粒级配对其导热性具有重要影响,相比粗、细颗粒,适中的颗粒级配可使其形成更有效的导热网络获得更高导热系数。     

氮化铝薄膜改善LED散热性能的研究

研究了氮化铝薄膜对LED灯散热情况的影响，并与导热硅脂（Ks609）涂层的散热效果进行了比较，结果表明：导热涂层能加强LED的散热，氮化铝薄膜散热效果优于导热硅脂；对红、白、绿3种颜色LED，相同条件下，散热材料对红色LED的散热效果最好。研究结果为氮化铝薄膜应用于LED散热系统提供了参考数据。     

超高分子量聚乙烯基复合材料导热性能研究

采用纳米铜作为子颗粒,利用颗粒复合化系统,以机械冲击的方法将纳米铜颗粒嵌入式包覆于超高分子量聚乙烯颗粒(UHMWPE)表面,利用热压成形技术制备导热型复合材料。采用导热系数测定仪测试其导热系数,分析纳米铜添加量对导热效果的影响。结果表明:在相同的实验条件下,当纳米铜添加质量分数为6.8%时,复合材料的导热系数达到了0.85 W/(m.K),比纯UHMWPE提高了124%。     

硅脂导热涂层改善LED散热性能的研究

研究了导热硅脂(KE3493)涂层对水下密闭环境下应用的LED灯散热情况的影响,结果表明,LED系统的集成电路板上加入导热涂层能提高LED系统的散热效率,研究结果为导热涂层应用于LED散热系统提供了参考数据.     

己二酸/膨胀石墨复合相变材料性能研究

以己二酸为相变材料,膨胀石墨为导热增强相,采用机械混合与熔融吸附的方法,制备出己二酸/膨胀石墨复合相变储热材料。通过FT-IR、DSC、热常数分析仪、TG、FE-SEM及热循环实验对制备的复合材料进行了结构和性能研究。结果表明,膨胀石墨能够有效吸附己二酸,两者之间化学相容性良好;随着膨胀石墨掺量的增加,复合材料的相变潜热有减少趋势,导热系数则相应提高;当膨胀石墨的掺量为8%(质量分数)时,制备的复合材料的熔化、凝固相变潜热分别为237.66,220.49J/g,导热系数为2.99W/(m·K),具有良好的热稳定性。     

KH550改性氮化硼/氰酸酯树脂导热复合材料的研究

采用硅烷偶联剂KH550对氮化硼粉末(BN)进行了表面改性,并制备了氰酸酯树脂/氮化硼导热复合材料。研究了BN含量对复合材料的导热性能、电绝缘性能的影响,并运用扫描电子显微镜对材料的断面形貌进行了观察。结果表明:少量BN的加入能有效改善氰酸酯复合材料的导热性能,且复合材料仍保持良好的电绝缘性能。当BN的体积分数达到23.6%时,复合材料的导热系数为1.33W·m-1·K-1,为纯树脂材料的4.6倍。     

稻壳纤维粒径和掺量分数对水泥复合材料性能的影响

以稻壳纤维（Rice husk fiber,RHF）为增强材料,以水泥为基体,制备了RHF/水泥基复合材料。研究了粒径对RHF在水泥基体中分散性能的影响;并以RHF粒径和掺入质量比为考察因素,采用响应曲面法,以RHF/水泥基复合材料的密度、抗折强度、含水率、吸水率和导热系数为响应值,建立数学模型,对RHF/水泥基复合材料的成型工艺进行优化设计。结果表明：RHF的粒径越小,在水泥基体中分散性能越好,粒径为150 μm的RHF分散系数达到最大值,为0.981;响应曲面模型分析表明RHF的粒径为150 μm、掺入质量为水泥质量的3%时,RHF/水泥基复合材料的性能达到最优,此时RHF/水泥基复合材料的密度为1 559.26 kg/m³,抗折强度为9.38 MPa,含水率为7.05%,吸水率为16.71%,导热系数为0.50 W/（m·K）,达到了建筑行业标准JC/T 411-2007的要求。