高填充阻燃導(dǎo)熱聚合物的制備及性能研究.pdf

1、聚合物材料由于其優(yōu)異的加工性能、絕緣性能等特點(diǎn)在越來越多的方面開始替代傳統(tǒng)材料發(fā)揮重要作用，但它的組成成分也決定了其在某些性能方面的不足，例如大多數(shù)聚合物都易燃且都為熱的不良導(dǎo)體，而在許多應(yīng)用領(lǐng)域，希望材料同時(shí)兼具阻燃又導(dǎo)熱的特性，例如應(yīng)用于電子元器件的材料，隨著工作效率急劇增加，由此產(chǎn)生的熱量如不及時(shí)消除，將影響器件的工作效率和壽命。這就要求所用材料具有優(yōu)秀的導(dǎo)熱和阻燃等性能，在材料開始受熱時(shí)發(fā)揮導(dǎo)熱作用能快速將熱量傳遞出去，溫度較高

2、時(shí)發(fā)揮阻燃作用不易燃燒，因此，研究和開發(fā)具有優(yōu)秀導(dǎo)熱、阻燃性能的新型高分子材料，具有非常重要的科學(xué)意義及廣泛的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
　　本課題采用添加填料的方式對(duì)三種不同的高分子材料進(jìn)行阻燃導(dǎo)熱處理，研究了阻燃導(dǎo)熱填料對(duì)材料阻燃性能、導(dǎo)熱性能、熱性能等方面的影響以及部分阻燃導(dǎo)熱填料之間的協(xié)效作用。主要研究工作如下:
　　首先對(duì)熱固性塑料環(huán)氧樹脂E-51進(jìn)行填料添加型阻燃改性處理，填料選取碳化硅(SiC)和氫氧化鎂[Mg(OH)2]

3、，采用硅烷偶聯(lián)劑KH560對(duì)無機(jī)粒子表面進(jìn)行處理以提高其在基體中的分散性以及二者的相容性，采用熱固法制備了不同配比/添加量的高填充環(huán)氧復(fù)合材料。當(dāng)填料添加量為70％時(shí)，復(fù)合材料極限氧指數(shù)(LOI)可達(dá)到47.3％，垂直燃燒Ⅴ-0級(jí)，熱釋放速率峰值與純環(huán)氧相比下降了68.3％;在填料總添加量為70％且SiC∶Mg(OH)2比率為3∶2時(shí)，導(dǎo)熱效果達(dá)到最優(yōu)，熱導(dǎo)率提高到1.03 W/m·K，，并通過掃描電子顯微鏡(SEM)觀察和分析了復(fù)合材

4、料的微觀形貌，驗(yàn)證了不同粒徑填料的復(fù)配對(duì)導(dǎo)熱性的協(xié)效作用。
　　其次，將低密度聚乙烯(LDPE)、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)與三氧化二鋁（Al2O3）和氫氧化鎂[Mg(OH)2]等添加劑共混制備了LDPE-EVA復(fù)合導(dǎo)熱阻燃材料。研究結(jié)果表明，含有25％ Al2O3及25％Mg(OH)2的復(fù)合材料，在LDPE-EVA質(zhì)量比為1∶1時(shí)熱導(dǎo)率可達(dá)到1.21W/m·K;材料的阻燃性能及熱穩(wěn)定性都隨EVA相的增加而增大，極限氧指數(shù)從

5、27.0％提高到31.5％，UL-94垂直燃燒從無等級(jí)提高到Ⅴ-0級(jí)，殘?zhí)苛繌?6.5％提高到57.7％。斷面SEM照片和熱導(dǎo)率測(cè)試結(jié)果表明相同填料添加量下，合金結(jié)構(gòu)有利于Al2O3的選擇性分布從而使得材料中導(dǎo)熱粒子局部濃度增大，促進(jìn)導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)的形成使材料具有更好的導(dǎo)熱性，同時(shí)合金結(jié)構(gòu)中EVA作為增容相使Mg(OH)2可以更高效地發(fā)揮阻燃作用，提高了材料的阻燃性及熱穩(wěn)定性。
　　最后，本文選取EVA為基體材料，片狀石墨(Graphi

6、te)為阻燃導(dǎo)熱填料，采用阻燃劑六氯環(huán)三磷腈(HCTP)對(duì)石墨進(jìn)行表面接枝改性，以提高石墨的阻燃效率，并通過XPS、FTIR和TGA等方法對(duì)改性結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，得到一種改性石墨片M-GO。由于極性基團(tuán)的引入使得石墨的片狀結(jié)構(gòu)被破壞從而影響了材料的導(dǎo)熱效果，于是選取碳納米管(MWNT)作為導(dǎo)熱補(bǔ)償替代一部分改性石墨加入基體中，制備了阻燃導(dǎo)熱EVA復(fù)合材料。極限氧指數(shù)(LOI)、垂直燃燒(UL-94)和錐形量熱(CONE)的結(jié)果表明，改性后的