环氧树脂基高导热微纳米复合绝缘材料的结构设计与性能研究

发布时间：2020-06-04 13:15

【摘要】：环氧树脂被广泛应用在电气设备绝缘浇注领域。而传统环氧树脂的热导率仅约为0.2 W/(m·K),难以满足设备的及时散热要求。研发高导热、高填充的环氧树脂浇注材料,解决电气设备的结构散热问题具有重要意义。本文分别以普通环氧树脂(EP)和液晶环氧树脂(LCEP)为基体,以氧化铝(A1203)为填料,采用设计低粘度的填料体系实现高填充和提高树脂基体热导率相结合的方式制备了环氧树脂基复合材料。重点研究了基体类型、填料含量、偶联剂处理等因素对复合材料导热和电绝缘性能的影响,并揭示了导热和电性能的微观机理。研究发现,采用经偶联剂处理的不同粒径的类球形A1203混合填充且大小粒子的粒径比为8-15、质量比为3:2可以显著降低复合材料的黏度,实现高填充;红外光谱分析表明,偶联剂与微纳米颗粒表面发生了化学键合作用。利用偏光显微镜观测到LCEP在降温过程中出现了液晶相;添加复配的酸酐固化剂后其液晶相温度区间的下限下降30℃,液晶域的平均尺寸减小1/3,LCEP固化物中出现了明显的液晶域;与酸酐固化剂相比,采用DDM固化剂对LCEP进行固化时LCEP/固化剂体系的热导率更高;起始固化温度过高会导致体系的热导率下降。研究表明,采用大粒径或不同粒径的粒子混合填充都有利于提高复合材料的热导率;复合材料的热导率随填料含量的提高而增大,当含量高于60 wt%时,热导率急剧增大;偶联剂处理降低了微纳米颗粒与树脂基体间的界面热阻,在高填充含量下可明显提高复合材料的热导率;采用偶联剂处理的A1203分别填充EP和LCEP制备EP-A和LCEP-B复合材料,当填料含量高于60 wt%时,LCEP-B的热导率明显高于EP-A的热导率,填料含量为80 wt%时,EP-A的热导率为1.935 W/(m·K),是纯EP热导率的10.75倍,LCEP-B的热导率为2.471W/(m·K),是纯LCEP热导率的7.02倍。电绝缘性能测试结果表明,微纳米Al203的掺杂降低了树脂基体的交流击穿场强;与LCEP相比,EP作为基体时其击穿场强下降的更严重,当填料含量为80 wt%时,与相应的纯树脂基体相比,EP-A、LCEP-B的击穿场强分别下降55.31%、31.57%;微纳米A1203的掺杂可抑制绝缘材料在击穿过程中的高温烧蚀。微纳米A1203的掺杂增大了树脂基体的体积电导率,且在填料含量高于60 wt%时,其体积电导率增大更显著;纯LCEP和LCEP-B的体积电导率都随温度的升高而增大,当温度高于100℃时体积电导率急剧增大。微纳米掺杂显著提高了树脂基体的介电常数和高温下的介质损耗;环氧树脂及其复合材料的介电常数均随温度的升高而增大;温度高于120℃时,各种材料的介质损耗均随温度的升高而急剧增大。偶联剂处理增强了微纳米颗粒与树脂基体间的界面相互作用,提高了复合材料的交流击穿场强,降低了其体积电导率、介电常数和介质损耗。
【图文】：

含介晶基元的环氧树脂体系中球晶微观模式的示意图

环氧树脂基高导热微纳米复合绝缘材料的结构设计与性能研究

研究方案及技术路线
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM21

【参考文献】