环氧树脂基复合材料的导热性能研究

发布时间：2017-07-30 10:25

  本文关键词：环氧树脂基复合材料的导热性能研究

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【摘要】：环氧树脂作为性能优异的高分子材料,被人们越来越广泛的应用到实际生产生活中。但是环氧树脂存在一个致命的缺点,那就是它的导热性能非常低,通常为0.2 W/(m?K),这对环氧树脂在导热电器和塑封材料的应用上非常不利。为了能有效提高环氧树脂的导热性能,本文设计了颗粒填充环氧树脂与与构建三维导热通路两种方式来提升环氧树脂热导率。以多孔膨胀石墨为导热填料,采用磁力搅拌、浇注成型的方法制备膨胀石墨/环氧树脂复合材料(EP/EG)。以通孔泡沫材料作为天然导热通路,采用真空浸渍的方法制备泡沫/环氧复合材料。通过激光导热、红外表征、SEM扫描和热重分析等不同的测试与表征手段研究不同的参杂条件对EP/EG复合材料性能的影响。研究结果表明:随着膨胀石墨添加量的增加,EP/EG复合材料的导热性能也随着有一定的增加,并且导热填料的粒径越大,环氧树脂复合材料的导热性能越好。在填充量较低时,热导率的变化不明显,在较高填充量时,复合材料的热导率会有一快速升高的过程。但在较高填充量时材料的力学性能会有一定下降。对膨胀石墨用30 wt%的KH-550表面处理后,复合材料的热导率、热稳定性及力学性能都有一定的提高。为了使环氧树脂材料内部在较低填料参杂时有较多的填料相互接触,形成连续的导热通道,本实验采用复配的方法研究微米/微米级复配及纳米/微米级复配及复配比对材料导热性能的影响。研究表明对于微米/微米级(300目与100目)复配,在总质量分数为环氧单体的20 wt%时,复配比为1:2时材料的热导率最高约为0.97 W/(m?K),此时材料的拉伸性能也较高;对于纳米-微米级复配来说,当总填料所占单体的质量百分比为5 wt%时,碳纳米管的含量占填料的质量百分比为10 wt%时对提高材料的热导率最有效,此时约为0.28 W/(m?K),并且经过酸化处理过的碳纳米管比未处理的碳纳米管参杂时热导率要高。但是受树脂粘度对分散性能的影响,只有在填料含量特别高的时候才会形成导热通路,采用填料填充原位形成导热通路的方法不理想,总体对环氧树脂热导率的提升幅度小。为了克服导热通路的形成障碍,文章最后采用泡沫材料作为填料浸渍环氧树脂,证明连续的导热通道对材料的热导率的重要影响。本章对不同孔径的铜泡沫,单一孔径的钛泡沫和石墨泡沫浸渍环氧树脂研究他们的热导率情况。对于孔隙率为76%的石墨泡沫浸渍环氧树脂,热导率高达94.025 W/(m?K)。对于小孔径的铜泡沫在体积比仅为环氧树脂的6.77%时,复合材料的热导率为9.912W/(m?K)。对比分析不同孔径的铜泡沫参杂时的热导率发现,小孔(0.2μm)铜泡沫更能有效提高材料的热导率。对比石墨泡沫、铜泡沫和钛泡沫的热导率,我们发现材料本体的热导率越高,复合材料的热导率就越高。而在该体积分数下填充的膨胀石墨来说,热导率最大的仅为0.31 W/(m?K)。因此对于材料的热导率影响最大的是材料导热通道的形成,可以预先对导热填料处理在与树脂复合前形成导热通道,实验结论对于我们以后实验过程有很大的指导作用。
【关键词】：环氧树脂 膨胀石墨 碳纳米管 泡沫材料 热导率
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB332
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-25
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义11-12
• 1.2 聚合物基复合材料导热研究综述12-20
• 1.2.1 导热概念12-13
• 1.2.2 导热机理13-14
• 1.2.3 影响复合材料的导热的因素14-19
• 1.2.4 提高材料导热的途径19-20
• 1.3 导热模型20-22
• 1.4 热导率测试方法22-24
• 1.4.1 稳态测试22-23
• 1.4.2 瞬态测试23-24
• 1.5 论文的主要研究内容及方案24-25
• 第2章 材料及试验方法25-34
• 2.1 实验原料与设备25-29
• 2.1.1 实验原料25-29
• 2.1.2 实验设备及测试仪器29
• 2.2 模具设计29-30
• 2.3 分析测试30-34
• 2.3.1 傅里叶-红外光谱分析30-31
• 2.3.2 X射线衍射分析31
• 2.3.3 SEM扫描分析31
• 2.3.4 热导率分析31
• 2.3.5 热重分析31
• 2.3.6 力学性能测试31-32
• 2.3.7 热膨胀系数测试32
• 2.3.8 DSC确定固化条件与比热容32-33
• 2.3.9 材料的体积密度测试33-34
• 第3章 EP/EG复合材料的制备与性能研究34-51
• 3.1 引言34
• 3.2 膨胀石墨尺寸对EP/EG复合材料性能的影响34-38
• 3.2.1 EP/EG复合材料的制备34-35
• 3.2.2 填料尺寸对复合材料热性能的影响35-37
• 3.2.3 尺寸对EP/EG复合材料力学性能的影响37-38
• 3.3 膨胀石墨含量对复合材料性能的影响38-45
• 3.3.1 含量对复合材料热性能的影响38-43
• 3.3.2 含量对复合材料力学性能的影响43-45
• 3.4 偶联剂处理对EP/EG复合材料性能的影响45-49
• 3.4.1 膨胀石墨的表面接枝偶联剂处理45-46
• 3.4.2 膨胀石墨表面处理对EP/EG热性能的影响46-48
• 3.4.3 偶联剂处理对EP/EG复合材料力学性能的影响48-49
• 3.5 本章小结49-51
• 第4章 复配及泡沫掺杂对复合材料性能的影响51-68
• 4.1 引言51-52
• 4.2 EG / EG石墨复配对材料热力学性能的影响52-54
• 4.2.1 EG / EG复配对材料导热性能的影响52-53
• 4.2.2 膨胀石墨/膨胀石墨复配对材料力学性能的影响53-54
• 4.3 膨胀石墨/碳纳米管复配54-58
• 4.3.1 碳纳米管的酸化处理与表征54-56
• 4.3.2 EG-CNTs/EP复合材料制备56
• 4.3.3 EG-CNTs/EP复合材料导热性能56-57
• 4.3.4 EG-CNTs/EP复合材料力学性能57-58
• 4.4 泡沫材料浸渍环氧树脂的性能研究58-66
• 4.4.1 泡沫材料导热性能59-63
• 4.4.2 泡沫材料的基本压缩性能63-66
• 4.5 本章小结66-68
• 结论68-71
• 参考文献71-79
• 致谢79

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本文编号：593787