高填量聚乙烯基复合材料导热和力学性能研究

发布时间：2020-06-08 15:57

【摘要】：随着电子工业的大力发展,产品的集成程度和组装密集度不断提升,对于材料各方面性能要求也越来越高,不仅需要高的导热性能,也需要有好的力学性能及其他性能,应用于不同场合。传统的金属材料难加工,易侵蚀,比重大等因素,使金属的应用范围受到了限制。而聚合物基复合材料在这一方面具有质轻,耐腐蚀,加工方便等优点,且成本低廉,因此导热聚合物基复合材料成为了研究的热点。本论文以聚乙烯为基体,分别以石墨、氮化硼为导热填料,采用填充法制备高填量聚乙烯基导热复合材料。具体研究内容如下:选用了高导热石墨作为填料,通过热烧结处理对石墨填料进行改性,在石墨表面分别镀镍层、硅层和生长二氧化硅纳米线。然后将未处理过的石墨粉体与改性后的石墨粉体分别与低密度聚乙烯进行复合制备复合材料。研究实验方法,填料含量,改性处理填料对聚乙烯复合材料的性能的作用。结果表明(1)用XRD、SEM、EDS、XPS等测试表明,石墨表面得到了改性,石墨表面分别镀上了镍金属层,硅层和生长了二氧化硅纳米线。(2)当导热填料含量上升,复合材料热导率也不断增加。对比这四种类型的复合材料的热导值,其数值呈现如下的规律:在相同填料填充下,填料对于复合材料导热提升依次为,石墨镀镍石墨镀硅石墨生长二氧化硅石墨。且高导热的低密度聚乙烯复合材料在自制测温装置下表现出良好的热传导性。(3)针对热导率相对较高的石墨/低密度聚乙烯复合材料和石墨表面镍改性和硅改性后制备的复合材料,用万能试验机测试了材料力学性能。其数值呈现如下规律:其相同填充量的填料下,填料对于复合材料抗弯强度提升依次为,镀镍石墨镀硅石墨石墨。(4)从TG的实验结果表明,随着石墨体积含量的增加,复合材料的热稳定性不断提升。以氮化硼粉体作为绝缘导热填料,利用真空热压烧结制备绝缘导热聚乙烯基复合材料,研究了不同氮化硼粒径、含量和工艺方法对于聚乙烯基复合材料的影响,并研究导热模型与超高分子量聚乙烯基复合材料热导率的关系。结果表明(1)制备工艺有效地提高了复合材料中导热填料的分散性,复合材料的热导率随着氮化硼体积分数的上升而上升。大粒径氮化硼填料与小粒径相比,前者对热导率的提升更大。当60vol%填料添加到基体时,复合材料X-Y向的热导值为14.81W/mK,比聚合物基体提升了46倍。(2)随着氮化硼量的不断增加,制备的复合材料的抗弯强度不断下降。通过万能试验机测试了材料力学性能。其数值呈现如下规律,一定含量填料氮化硼的加入能提升了聚合物的力学性能,当相同填充量下,填料对于复合材料抗弯强度提升依次为20μm氮化硼50μm氮化硼。(3)使用经典Maxwel-Eucken模型和Hatta-Taya模型模拟计算了复合材料的热导率。结果表明,Maxwel-Eucken模型公式不适用于实验值,而Hatta-Yaya模型预测值与20μm的氮化硼填充的复合材料的导热材料X-Y向热导值匹配较好,而50μm的氮化硼填充的导热材料X-Y向热导值与模型预测不匹配,大于预测值。
【图文】：

流程图,石墨,聚乙烯,流程图

石墨表面能沉积了二氧化硅纳米线，取出处理后的石墨低密度聚乙烯基复合材料的制备烯基复合材料复合材料的制备主要是如下：首先将配好的石烯倒入塑料杯中，将混合物在高速搅拌机中的作用下充分装入钢模具中，将钢模具放置在机械振动台上，进行横向160Hz，振动 3min 左右，通过机械振动让填料在模具内有效烧结工艺，在最高温 140℃对混合物热压，并在最高温保样品的压力为 20MPa，整个反应在真空度很低的环境下进品的致密度，排除空气对热压过程中的影响。当温度不对样卸载作用于样品上的压力，脱模得到石墨/低密度聚乙烯基材料加工成所需形状，实验过程如图 2.1：

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图 2.2 石墨表面镀硅粉体的 XRD 图谱.2.2 XRD pattern of graphite powders coated with Si出了石墨粉体表面生长 SiO2纳米线改性后的粉体的经过对石墨表面热蒸发烧结处理，石墨原料上得到明石墨在空气环境气氛下烧结处理，且在二氧化硅和下，生长二氧化硅。且因为有硅源，，且石墨粉体表面接触到碳原子后，生成 SiC 物质。因此通过 XRD 的经过表面改性后确实在表面生长了 SiO2物质。
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院宁波材料技术与工程研究所)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB332

【参考文献】