納米碳材料-聚合物基導(dǎo)熱復(fù)合材料的制備與實驗研究.pdf

1、隨著信息產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，電子元器件的集成度和小型化得到了長足的發(fā)展，同時也使得電子器件的功率和發(fā)熱量大幅度的增長，無論是器件的工作效率、可靠性、壽命，還是電子器件的進一步集成，散熱問題都變得越來越重要。而導(dǎo)熱高分子材料能具有良好的導(dǎo)熱性，可以很好地解決電子元器件散熱問題，提高其穩(wěn)定性、延長其壽命，能夠很好的滿足特定領(lǐng)域的需求。因此，研究高導(dǎo)熱聚合物材料具有十分重要的意義。
　　本文以高導(dǎo)熱聚合物材料為研究對象，重點圍繞著碳包銅納米

2、粒子(Cu@C)、納米氮化鋁(AlN)、納米碳化硅(SiC)、多璧碳納米管(MWNT)及其高導(dǎo)熱聚合物復(fù)合材料的制備進行了創(chuàng)新性研究。采用電弧法制備出碳包銅，對自制的碳包銅納米粒子的結(jié)構(gòu)、物相、粒度進行了分析表征，并且以硅樹脂為基體，Cu@C、AlN、SiC以及MWNT為主要導(dǎo)熱填料，制備了兼具良好導(dǎo)熱性能的導(dǎo)熱貼片和導(dǎo)熱硅樹脂。并且還以多層石墨、石墨為填料，聚乙烯(PE)、聚乙烯接枝馬來酸酐(GPE)為基材制備了高導(dǎo)熱塑料復(fù)合材料。對

3、導(dǎo)熱導(dǎo)熱貼片的導(dǎo)熱性能及制備條件和工藝進行了研究。對導(dǎo)熱硅樹脂的導(dǎo)熱性能、熱穩(wěn)定性、熱膨脹性、電阻率進行了研究。對導(dǎo)熱塑料的導(dǎo)熱性能、熱穩(wěn)定性、熱膨脹性、電阻率、力學(xué)性能進行了研究。本文的主要內(nèi)容有:
　　(1)碳包銅納米粒子的制備研究
　　以碳粉和銅粉為原料，其中碳粉和銅粉的質(zhì)量比為4∶1，采用碳弧法制備了碳包覆銅納米粒子，采用X射線衍射儀(XRD)、透射電子顯微鏡(TEM)和掃描電鏡(SEM)對樣品的物相結(jié)構(gòu)組成、形貌和

4、尺寸以及相組成，抗氧化性能進行了研究。結(jié)果表明:該碳包覆銅納米粒子為典型的核殼型結(jié)構(gòu)，內(nèi)核為結(jié)晶的金屬納米粒子，外殼為石墨碳層，碳包裹效果較好，粒子沒有明顯團聚。
　　(2)碳包銅填充硅樹脂制備玻璃纖維布/硅樹脂柔性導(dǎo)熱貼片與實驗研究
　　制備了Cu@C、AlN以及SiC為導(dǎo)熱填料的硅樹脂漿料，漿料濃度為30％時，使用浸漬涂布，自然揮發(fā)溶劑制得玻璃纖維布、鐵絲網(wǎng)作為支撐結(jié)構(gòu)的硅樹脂柔性導(dǎo)熱貼片。導(dǎo)熱貼片的導(dǎo)熱系數(shù)隨填料量的增

5、加而增大，并且填料含量增大到一定程度時，導(dǎo)熱貼片的導(dǎo)熱系數(shù)反而下降。數(shù)據(jù)表明AlN/硅樹脂比SiC/硅樹脂、Cu@C/硅樹脂的導(dǎo)熱效果更好。
　　(3)多層石墨、碳納米管填充硅樹脂制備導(dǎo)熱硅樹脂與實驗研究
　　以多層石墨、MWNT為填料采用旋轉(zhuǎn)攪拌球磨法制備了導(dǎo)熱硅樹脂。導(dǎo)熱填料均勻的分布在硅樹脂基體內(nèi)，并且填料含量增大到一定程度，導(dǎo)熱填料粒子可以相互連接，并形成導(dǎo)熱網(wǎng)鏈。多層石墨/硅樹脂的導(dǎo)熱系數(shù)隨著多層石墨的填充量先增大

6、，當(dāng)填料填充到一定程度時開始下降，并且多層石墨/硅樹脂的導(dǎo)熱系數(shù)高于AlN/硅樹脂、SiC/硅樹脂。當(dāng)多層石墨填充質(zhì)量分數(shù)達到45％時，復(fù)合材料導(dǎo)熱系數(shù)達到了最大2.26W/m·K，而AlN/硅樹脂、SiC/硅樹脂的最高導(dǎo)熱系數(shù)分別為0.64 W/m·K、0.445 W/m·K，而MWNT/硅樹脂只要填充很少的質(zhì)量分數(shù)的填料就能達到很高的導(dǎo)熱系數(shù)值，當(dāng)填充量為10％時導(dǎo)熱系數(shù)達到2.58 W/m·K，四種導(dǎo)熱硅樹脂導(dǎo)熱系數(shù)相對純硅樹脂分

7、別提高了2568％、506％、727％、2931％;導(dǎo)熱填料的加入可以提高硅樹脂的熱穩(wěn)定性，提高硅樹脂的氧化分解起始溫度，延緩最終分解溫度，其熱穩(wěn)定性高于純硅樹脂。
　　(4)導(dǎo)熱塑料的制備與實驗研究
　　采用機械混合法制備了多層石墨、石墨分別填充PE、GPE熱復(fù)合材料。在加工工藝相同的條件下，導(dǎo)熱填料種類、添加量都會對導(dǎo)熱塑料的導(dǎo)熱性能、熱穩(wěn)定性、電阻率以及力學(xué)性能產(chǎn)生影響，結(jié)果表明:所得復(fù)合材料拉伸強度和沖擊強度隨填充量

8、的增加呈下降趨勢，導(dǎo)熱系數(shù)隨著填料含量的增加而增大，在相同的填充量時，多層石墨/PE復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)較高，多層石墨/PE、石墨/PE、多層石墨/GPE、石墨/GPE填充的導(dǎo)熱系數(shù)在填充量為300phr時分別達到了14.31 W/m·K，6.72 W/m·K，6.50W/m·K，5.98 W/m·K。導(dǎo)熱系數(shù)相對空白PE、GPE分別提高了4710％、2166％、2167％、1929％。多層石墨、石墨填充PE、GPE制備的導(dǎo)熱塑料的熱穩(wěn)定