導(dǎo)電導(dǎo)熱酚醛復(fù)合材料合成及性能研究.pdf

1、近年來隨著電子信息產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展,尤其是對于大功率電子器件,熱管理和熱發(fā)散已經(jīng)變得越來越重要。新穎的輕質(zhì)、高導(dǎo)熱高分子材料越來越受到廣大消費(fèi)市場的青睞。酚醛樹脂是世界上最早合成的樹脂品種,由于其優(yōu)秀的阻燃性和耐熱性以及立體交聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),目前在民用、航空、建材領(lǐng)域仍具有無可替代的重要地位。研究導(dǎo)電導(dǎo)熱酚醛樹脂復(fù)合材料對于酚醛樹脂的改性和功能化具有非常重要的應(yīng)用價(jià)值。除了微米級陶瓷導(dǎo)熱粒子之外,目前納米填料也在飛速發(fā)展。石墨烯作為富勒烯家

2、族成員,通常可以看成是單原子厚度的石墨。自從2004年被Geim和Novoselov等發(fā)現(xiàn)以來,備受全世界研究者們的關(guān)注。作為一種新材料,石墨烯具有獨(dú)特的力學(xué),光學(xué),熱學(xué)和電學(xué)性能,例如非整數(shù)的量子霍爾效應(yīng),超高的楊氏模量,熱導(dǎo)率和比表面積等。然而大批量的制備石墨烯和其在復(fù)合材料中的均勻分散是目前迫切需要解決的難題。本論文主要研究內(nèi)容包括:
　　1)選用F/P摩爾比為1.32合成的甲階PF為原料,氮化硼(BN)片和四角氧化鋅晶須(

3、T-ZnO)為填料合成了絕緣導(dǎo)熱PF復(fù)合材料。研究發(fā)現(xiàn)BN填充的復(fù)合材料表現(xiàn)出明顯的各向異性。對其進(jìn)行Maxwell-Eucken方程和Nielsen方程理論模擬,高填充量時(shí)與實(shí)驗(yàn)值有較大程度的偏離,說明片狀材料的取向特殊性。筆者首次嘗試用四角狀的氧化鋅晶須與氮化硼混合雜化。結(jié)果證明雜化有效地提高了復(fù)合材料的熱導(dǎo)率,協(xié)同效果明顯:相比單獨(dú)添加相同含量的BN,含30wt.％BN+30wt.%T-ZnO的復(fù)合材料的水平熱導(dǎo)率提高了71.9%

4、,垂直熱導(dǎo)率提高了34.5%。彎曲強(qiáng)度比單一添加相同含量的BN提高了56.2%。一方面,立體結(jié)構(gòu)的晶須易于橋連氮化硼片而形成立體的導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò),另一方面,混合填充可以有效地提高填料在基體中的填充密度(空氣中800℃燃燒后殘留物的SEM照片得以證實(shí)),因此材料的熱導(dǎo)率和力學(xué)性能均顯著提高。
　　2)為了進(jìn)一步研究混合填料的協(xié)同效果,a)用相同的方法制備片狀石墨(G)/氧化鋅晶須/酚醛樹脂復(fù)合材料。熱導(dǎo)率結(jié)果顯示:20wt.%T-ZnO/

5、40wt.%G的酚醛復(fù)合材料水平熱導(dǎo)率比同體積的石墨/酚醛復(fù)合材料的熱導(dǎo)率提高了88.6%;垂直熱導(dǎo)率比同體積的石墨/酚醛復(fù)合材料的熱導(dǎo)率提高了40.2%。復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度和模量均有不同程度的提高。氧化鋅晶須的加入克服了片狀填料層與層之間較大的熱阻問題,有效形成立體的導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)。b)制備了氮化硼/中空玻璃微球雜化填充的酚醛復(fù)合材料,取得了導(dǎo)熱協(xié)同效果。當(dāng)HGM和BN總填料為60wt.%時(shí),1:4

6、化效果最明顯。此方法可以降低材料的密度和導(dǎo)熱填料的用量,節(jié)約成本,保持材料的力學(xué)性能。綜上所述,不同形狀的填料混合雜化是提高復(fù)合材料熱導(dǎo)率的有效途徑,適當(dāng)?shù)呐浔瓤梢詤f(xié)同地提高復(fù)合材料的熱導(dǎo)率。
　　3)研究了一種在酚醛樹脂聚合反應(yīng)中有效地原位還原并功能化氧化石墨烯(GO)制備酚醛導(dǎo)電復(fù)合材料的方法。隨著反應(yīng)的進(jìn)行,親水性絕緣的氧化石墨變成疏水導(dǎo)電的石墨烯。不同于絕緣的氧化石墨烯和酚醛樹脂,由于有效地原位還原和功能化,得到的酚醛復(fù)合

7、材料具有高的電導(dǎo)率。僅添加0.85vol.%的GO,復(fù)合材料的電導(dǎo)率達(dá)到0.2S/m。同時(shí)賦予酚醛復(fù)合材料高的熱穩(wěn)定性和力學(xué)強(qiáng)度,僅添加2.3vol.%的GO,復(fù)合材料的熱分解溫度提高了76℃;僅添加1.7vol.%的GO,復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度和模量分別提高了318和56%。第一,解決了石墨烯還原的問題,第二,解決了石墨烯的剝離和分散難的問題,第三,部分的功能化解決了填料與基體的相容性難的問題,制備了性能優(yōu)異的石墨烯/酚醛導(dǎo)電復(fù)合材料,且