面向LED散热器的导热复合材料的制备

发布时间：2017-03-20 13:07

  本文关键词：面向LED散热器的导热复合材料的制备，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着LED行业电子集成技术的快速发展,LED电子产品也不断趋于微型化设计,电子芯片在正常工作情况不断聚集大量热量,这导致散热问题成了制约产品使用寿命的关键性因素,导热复合材料研究也得到更多学者的关注。巴斯夫、DSM等国外著名材料公司在很早就开始了导热复合材料的研究,目前已经有相关导热复合材料产品投入市场应用。常见的导热复合材料主要是通过导热填料与高分子基体树脂熔融共混,通过挤出成型法制备而成,随着导热填料填充量越高,复合材料导热系数越高,但是复合材料力学性能会变得很差,这个是导热复合材料研究领域面临的最大问题。本文针对这个问题,以制备出高导热同时具备优异力学强度的复合材料为目的,采用热塑性树脂聚酰胺PA6为基体,氧化镁、石墨、碳纤维和碳纳米管等材料为导热填料体系,通过双螺杆挤出机设备采用熔融共混挤出法制备了多种导热复合材料,并对复合材料性能作了分析研究,最后实现了复合材料导热性能和力学性能协同增强的效果。主要研究工作情况如下:1.对不同的导热填料进行了不同的表面改性处理,通过扫描电镜观察对比填料表面处理前后微观结构变化,分析研究了填料表面改性处理对复合材料的性能影响。经过表面改性处理的导热填料明显改善了导热相与基体相之间的界面结合状态,提高了各相间相容性和界面强度,从而降低了材料界面热阻,增加了复合材料导热系数和力学强度。2.制备了单相填充导热复合材料,并对其相关性能进行了实验测试和分析研究。主要研究了导热填料填充量、粒径、偶联剂用量等因素对复合材料导热系数和力学性能的影响。对于无机填料单相填充PA6尼龙树脂,填料粒径越大,填充量越高,复合材料导热系数越高;不同粒径填料复配填充对复合材料导热和增强效果比单一粒径填充更好;硅烷偶联剂KH550用量在填料添加质量的0.5%时,偶联改性效果最佳。3.采用表面镀镍工艺法和多相混杂填充法相结合,通过共混挤出成型制备出了CF/MWCNT/PA6导热复合材料,并对其导热性能、力学强度和微观结构表征作了测试。测试结果证明了镀镍碳纳米管和退浆碳纤维混杂填充尼龙6制备出的导热复合材料在25%质量分数的导热填料填充量下导热系数可达到1.42 W/(m·K),比纯尼龙基体0.3W/(m·K)提高了373.33%;拉伸强度达到138 MPa,比尼龙基体提高了近一倍。
【关键词】：导热复合材料 PA6 导热填料 表面改性
【学位授予单位】：河南工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB332
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 1 绪论11-26
• 1.1 课题研究目的及意义11-12
• 1.2 高分子材料在LED散热系统中的应用12-16
• 1.2.1 LED散热系统工作原理12-13
• 1.2.2 LED散热系统材料应用现状13-14
• 1.2.3 导热塑料应用领域14-15
• 1.2.4 LED领域导热塑料的应用15-16
• 1.3 聚合物导热复合材料的研究现状16-22
• 1.3.1 导热导电高分子复合材料17-20
• 1.3.2 导热绝缘高分子复合材料20-22
• 1.4 影响复合材料导热性能的因素22-24
• 1.4.1 导热填料22-23
• 1.4.2 加工工艺23-24
• 1.5 导热复合材料存在的问题24
• 1.6 课题主要研究内容及创新点24-25
• 1.6.1 主要研究内容24-25
• 1.6.2 创新点25
• 1.7 本章小结25-26
• 2 聚合物导热复合材料理论研究26-35
• 2.1 导热机理26-27
• 2.1.1 聚合物导热原理26-27
• 2.1.2 填充型复合材料的导热机理27
• 2.2 复合材料界面理论27-29
• 2.2.1 表面浸润吸附理论27-28
• 2.2.2 分子扩散理论28-29
• 2.2.3 机械啮合理论29
• 2.3 导热模型理论29-33
• 2.3.1 Maxwell模型29-30
• 2.3.2 Agari模型30-31
• 2.3.3 Fricke模型31-32
• 2.3.4 Bruggeman、Russell等其它模型32-33
• 2.4 导热性能测试原理33-34
• 2.4.1 稳态法34
• 2.4.2 瞬态法34
• 2.5 本章小结34-35
• 3 导热复合材料实验制备35-51
• 3.1 引言35
• 3.2 实验原料及设备35-37
• 3.2.1 实验原料型号及来源35-37
• 3.2.2 实验成型设备及检测仪器37
• 3.3 实验制备方法37-41
• 3.3.1 实验制备流程37-38
• 3.3.2 导热填料表面处理38-40
• 3.3.3 挤出、注塑成型试样40-41
• 3.4 性能测试与微观表征41-44
• 3.4.1 性能测试41-43
• 3.4.2 微观表征43-44
• 3.5 填料表面处理结果与讨论44-50
• 3.5.1 氧化镁表面偶联剂处理结果讨论44-46
• 3.5.2 石墨表面偶联剂处理结果讨论46-47
• 3.5.3 碳纤维表面强酸氧化处理结果讨论47-49
• 3.5.4 碳纳米管表面化学镀镍处理结果讨论49-50
• 3.6 本章小结50-51
• 4 导热复合材料性能研究51-70
• 4.1 MgO/PA6复合材料性能研究51-58
• 4.1.1 MgO/PA6复合材料导热系数研究51-55
• 4.1.2 MgO/PA6复合材料力学性能研究55-57
• 4.1.3 MgO/PA6复合材料加工性能研究57-58
• 4.2 石墨/PA6复合材料性能研究58-63
• 4.2.1 石墨/PA6复合材料导热系数研究58-60
• 4.2.2 石墨/PA6复合材料力学性能研究60-62
• 4.2.3 石墨/PA6复合材料热学性能研究62-63
• 4.3 不同种类填料单相填充复合材料性能对比63-64
• 4.4 CF/MWCNT/PA6复合材料性能研究64-69
• 4.4.1 CF/MWCNT/PA6复合材料制备64
• 4.4.2 CF/MWCNT/PA6复合材料微观形貌表征64-68
• 4.4.3 CF/MWCNT/PA6复合材料导热性能和力学性能研究68-69
• 4.5 本章小结69-70
• 结论与展望70-72
• 结论70-71
• 展望71-72
• 参考文献72-76
• 致谢76-77
• 个人简历77-78

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