双连续相导热复合材料成型工艺和性能的研究

发布时间：2017-10-17 02:39

  本文关键词：双连续相导热复合材料成型工艺和性能的研究

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【摘要】：为了制备高导热且力学性能优良的导热复合材料,本论文采用双螺杆挤出造粒工艺、注塑成型工艺制备交联、双连续相、交联／双连续相导热复合材料。主要研究了基体树脂材料的交联和双连续相的形成对复合材料各方面性能的影响：首先,研究了接枝交联、氧化镁粒径、改性氧化镁表面所需硅烷偶联剂含量、氧化镁含量、添加流动助剂对交联导热复合材料高密度聚乙烯(HDPE)/MgO性能的影响；其次,研究了双连续相的表征方法、双连续相形成、基体树脂量、鳞片石墨(LG)含量、HDPE/尼龙6(PA6)配比、碳纤维(CF)的添加对双连续相复合材料HDPE/PA6/LG性能的影响；最后,研究了交联/双连续相二者的协同作用对HDPE/PA6/LG导热复合材料性能的影响。结果表明：1.接枝交联能够保证HDPE/MgO复合材料导热性能的基础上,提高材料的拉伸强度、耐热性,尤其是能够大幅提高材料的冲击韧性；选用平均粒径为55μm的MgO时,材料的综合性能最好,结晶度为70.3%,拉伸强度27.24MPa,热变形温度(HDT)为83.5℃,热导率达0.447 W·(m·K)-；用1.0%硅烷改性MgO时能够很好的改善MgO和HDPE间的相界面,材料的综合性能最佳；拉伸强度、热导率随氧化镁填充量的增加而增大,冲击韧性也十分优良,氧化镁含量为70%时热导率为1.065W·(m·K)-1,热变形温度为100.0℃,拉伸强度为35.64 MPa,冲击强度为9.375 kJ/m2；脆断面的SEM图发现HDPE与Mg0相容性较佳。2.采用甲酸刻蚀PA6的方法对双连续相进行表征,发现在HDPE/PA6的质量比例为90/10,添加不同含量(50～65%)的LG时能够形成双连续相,且易成型加工,内部缺陷较少,热导率较高,当LG含量为65%时,材料的热导率为1.964 W·(m·K)-1；当LG添加量为60%,HDPE/PA6的比例为10/8、9/9、8/10时HDPE-PA6二者能够形成双连续相,当HDPE/PA6配比为8/10时,材料热导率达2.463 W·(m-K)-1。选取HDPE/PA6配比为8/10体系,添加60%的LG、3%的CF,材料拉伸强度和弯曲强度分别为42.68MPa和66.00 MPa,冲击韧性十分优良,HDT达163.4℃,比纯HDPE高139.94%；热导率提升到2.737 W·(m·K)-1,比纯HDPE高7.92倍。3.实验证明,在双连续相体系中引入交联结构能够提升材料的整体性能：相比未交联体系,交联-双连续相HDPE/PA6/LG体系弹性模量为1594.77 MPa,增加了46.63%,拉伸强度为37.20 MPa,提升了3.56%,弯曲强度为67.46 MPa,提升了7.40%；交联材料的冲击韧性也十分优良为5.23 kJ/m2,材料耐热性较好HDT为129.0℃,交联材料的热导率为2.634W·(m·K)-1。总之,通过交联、双连续相形成、交联/双连续相协同作用及添加多种导热填料的方法,能够在保证高填充时复合材料导热性能的同时,最大程度的提升材料的力学性能,最终得到交联-双连续相导热复合材料HDPE/PA6/LG/CF的弹性模量为2472.55 MPa,拉仲强度为45.73 MPa,弯曲强度为72.75 MPa,断裂伸长率为1.75%,冲击强度为3.40 kJ/m2,热变形温度为176.3℃,热导为率3.214 W·(m·K)-1,满足了LED散热的市场需求。
【关键词】：交联 双连续相 力学性能 导热 复合材料
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB332
【目录】：

• 学位论文数据集3-4
• 摘要4-6
• ABSTRACT6-15
• 符号说明15-16
• 第一章 绪论16-30
• 1.1 课题研究背景和现状16-17
• 1.2 高分子基导热复合材料国内外研究现状17-23
• 1.2.1 金属填充高分子材料18
• 1.2.2 金属氧化物或非金属氧化物填充高分子材料18-20
• 1.2.3 二元化合物填充高分子材料20-21
• 1.2.4 无机非金属物质填充高分子材料21
• 1.2.5 多元组分的填料混合填充高分子材料21-23
• 1.2.6 高分子导热复合材料发展趋势及前沿23
• 1.3 高分子材料力学性能改善方法23-26
• 1.3.1 添加填料法23-24
• 1.3.2 添加助剂法24
• 1.3.3 形成双连续相法24-25
• 1.3.4 交联法25-26
• 1.4 本课题的研究目的、内容和意义26-27
• 1.4.1 课题研究目的26
• 1.4.2 课题研究内容26-27
• 1.4.3 课题研究意义27
• 1.5 本课题的创新点和难点27-30
• 1.5.1 课题创新点27-28
• 1.5.2 课题的研究难点28-30
• 第二章 单相交联导热复合材料的性能研究30-58
• 2.1 研究背景30
• 2.2 实验内容30-33
• 2.2.1 具体实验原料及试剂30-31
• 2.2.2 实验仪器及设备31
• 2.2.3 单相交联导热复合材料的制备方法和步骤31-32
• 2.2.4 材料测试与表征方法32-33
• 2.3 结果与讨论33-57
• 2.3.1 接枝交联对导热复合材料性能的影响33-38
• 2.3.2 氧化镁粒径对交联导热复合材料性能的影响38-43
• 2.3.3 改性氧化镁硅烷偶联剂含量对交联导热复合材料性能的影响43-49
• 2.3.4 氧化镁的量对交联导热复合材料性能的影响49-54
• 2.3.5 流动助剂对交联导热复合材料性能的影响54-57
• 2.4 小结57-58
• 第三章 双连续相导热复合材料的性能研究58-82
• 3.1 研究背景58-59
• 3.2 实验部分59-61
• 3.2.1 实验试剂及原材料59
• 3.2.2 实验仪器及设备59-60
• 3.2.3 双连续相导热复合材料的制备方法和步骤60
• 3.2.4 材料测试与表征方法60-61
• 3.3 实验结果与讨论61-80
• 3.3.1 HDPE-PA6双连续相材料的表征61-64
• 3.3.2 PA6量对多相导热复合材料性能的影响64-67
• 3.3.3 石墨量对双连续相材料性能的影响67-73
• 3.3.4 HDPE/PA6配比对双连续相材料性能的影响73-78
• 3.3.5 碳纤维的添加对双连续相材料性能的影响78-80
• 3.4 小结80-82
• 第四章 交联-双连续相导热复合材料的性能研究82-90
• 4.1 研究背景82-83
• 4.2 实验部分83-85
• 4.2.1 实验试剂及原材料83
• 4.2.2 实验仪器及设备83-84
• 4.2.3 交联-双连续相导热复合材料的制备方法和步骤84
• 4.2.4 材料测试与表征方法84-85
• 4.3 实验结果与讨论85-89
• 4.3.1 交联对双连续相材料性能的影响85-87
• 4.3.2 碳纤维的添加对交联双连续相材料性能的影响87-89
• 4.4 小结89-90
• 第五章 总结90-92
• 5.1 总结90-92
• 参考文献92-96
• 致谢96-98
• 研究成果及发表的学术论文98-100
• 作者和导师简介100-101
• 附件101-102

【参考文献】

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本文编号：1046362