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高导热聚偏氟乙烯复合材料的制备及性能研究

发布时间:2018-01-18 05:29

  本文关键词:高导热聚偏氟乙烯复合材料的制备及性能研究 出处:《中北大学》2017年硕士论文 论文类型:学位论文


  更多相关文章: 超级富勒烯 碳纳米管 石墨烯 MXene 复合材料 热性能


【摘要】:随着电子集成技术的迅速发展,电子元器件,电子设备越来越向着小、轻、薄等方向发展,然而随着工作频率的不断增加,电子器件就会不可避免地产生大量由于电功率损耗的热量,这就导致一些对温度敏感的元器件失效。因此,研制高导热的散热材料就成立一个亟待解决的问题。高导热聚合物基复合材料因为容易加工,物理化学性能优异,赢得了人们广泛的关注,现在已在航天器、汽车和电子器件,电机电器中获得了广泛应用。本文以超级富勒烯(SF),碳纳米管(CNT),石墨烯纳米片(GS)和MXene(Ti3C2Tx)作为纳米导热填料,以聚偏氟乙烯(PVDF)为基体,分别制备了PVDF/SF,PVDF/CNT,PVDF/GS和PVDF/MXene复合材料,然后就以下两个方面进行探索研究。(1)采用溶液共混和热压的方法,将相同质量的超级富勒烯,碳纳米管,石墨烯三种纳米碳材料分别添加到PVDF基体中制备出了三种不同的PVDF基复合材料。然后我们系统地研究了这三种不同维度的碳材料对PVDF的导热性能,热稳定性能,动态热机械性能,等方面的影响。实验结果表明:1)三种碳材料的加入对PVDF基体导热性能都有所提高,但增强的效果有所不同。与纯PVDF相比,当填量比例为20 wt%时,PVDF/SF,PVDF/CNT和PVDF/GS热导率分别为0.194,0.604和2.06 W/mK,分别提高了2.6%,220%,1000%。这表明了二维GS的在导热增强方面比一维CNT,零维SF有很大的优势。2)PVDF/SF,PVDF/CNT和PVDF/GS具有较好的热稳定性能,尤其是GS将PVDF的热分解温度提升了14°C左右。3)PVDF基复合材料的动态热机械性能比纯PVDF优异很多,当温度为-80°C时,PVDF/SF,PVDF/CNT,PVDF/GS复合材料的储存模量分别达到5.6,6.2,8.1 GPa,与纯PVDF相比,分别提升了60%,77.1%,131%。(2)以Ti_3AlC_2三元钛碳化合物为母体材料,先使用氢氟酸(HF)对其刻蚀,然后用氮氮-二甲基甲酰胺(DMF)插层并辅以超声作用,从而制备出少层甚至单层MXene。最后将制备的MXene添加到PVDF基体中制备出了PVDF/MXenes复合材料。利用LFA 447激光导热仪,动态热机械分析仪(DMA)等仪器对不同含量MXene的PVDF/MXenes复合材料的导热性能,动态热机械和热稳定性等性能方面进行研究。研究结果表明:1)使用氢氟酸(HF)刻蚀钛碳化铝(Ti_3AlC_2),经过超声作用,可以制备出层数很少的MXene纳米片。2)MXene纳米片的加入可以增强了PVDF的导热性能,当MXene的含量分别为1 wt%,2 wt%,3 wt%,4 wt%,5 wt%时候,PVDF/MXene复合材料的热导率分别为0.183,0.233,0.265,0.306和0.363 W/mK,与纯PVDF相比,分别提高了4%,33%,51%,75%和107%。3)PVDF/MXene复合材料的热机械性能因为MXene纳米片的加入而得到了较好的改善,尤其是当MXene含量在5 wt%的时候,PVDF/MXene复合材料的储存模量高达7.5 GPa,玻璃化转变温度为-25.5°C,这相对于纯PVDF分别提高了64%和6.5°C。
[Abstract]:With the rapid development of electronic integration technology, electronic components and electronic devices are more and more small, light, thin and so on. However, with the increasing of working frequency. Electronic devices will inevitably produce a large amount of heat due to loss of electrical power, which will lead to the failure of some temperature-sensitive components. It is an urgent problem to develop heat dissipation materials with high thermal conductivity. Because of its easy processing and excellent physical and chemical properties, high thermal conductivity polymer matrix composites have attracted wide attention and have been widely used in spacecraft. Automotive and electronic devices, motor and electrical appliances have been widely used in this paper with super fullerene SFN, carbon nanotubes (CNT). PVDF/SF was prepared by using graphene nanocrystalline glutathione (GSH) and MXenebutadiene Ti3C2Tx as nano-thermal conductive fillers and polyvinylidene fluoride (PVDF) as the matrix. PVDF / CNT / PVDF / GS / PVDF/MXene composites, and then explored the following two aspects of research. 1) solution blending and hot pressing method. Will be the same mass of super fullerenes, carbon nanotubes. Three kinds of graphene nano-carbon materials were added to the PVDF matrix to prepare three different PVDF matrix composites. Then we systematically studied the thermal conductivity of the three different dimension carbon materials to PVDF. Performance. The experimental results show that the addition of three kinds of carbon materials can improve the thermal conductivity of PVDF matrix. Compared with pure PVDF, the thermal conductivities of PVDF / SFN / CNT and PVDF/GS were 0.194 when the filling ratio was 20 wt%. 0.604 and 2.06 W / mK, respectively, increased 2.6and 220k1000, respectively, indicating that two-dimensional GS has a higher thermal conductivity than one-dimensional CNT. Zero-dimensional SF has a great advantage. 2PVDF / SFF / CNT and PVDF/GS have better thermal stability. In particular, GS raised the thermal decomposition temperature of PVDF by 14 掳C or so. The dynamic thermal mechanical properties of the composites were much better than that of pure PVDF, when the temperature was -80 掳C. The storage modulus of PVDF / CNT / PVDF / GS composites reached 5.6 ~ 6.2g / g Pa, respectively, compared with pure PVDF. The Ti_3AlC_2 ternary titanium carbohydrate was used as the parent material, and was first etched with hydrofluoric acid (HFH). Then nitrogen-dimethylformamide (DMF) was intercalated with ultrasound. Finally, the PVDF/MXenes composites were prepared by adding the prepared MXene to the PVDF matrix. The PVDF/MXenes composite was prepared by LFA. 447 laser thermal conductors. Thermal conductivity of PVDF/MXenes Composites with different MXene content by dynamic Thermomechanical Analyzer (DMA). The dynamic thermo-mechanical and thermal stability properties were studied. The results showed that: 1) the titanium carbide Ti3AlC2C _ 2 was etched by using HFHFH _ (HFC), and the ultrasonic action was used to etch the Ti _ 3AlC _ 2C _ (2). The thermal conductivity of PVDF can be enhanced when the content of MXene is 1 wt%. The thermal conductivity of PVDF / MXene composite is 0.183 / 0.233 / 0.265, respectively. Compared with pure PVDF, 0.306 and 0.363W / MK increased 40.306 and 0.363W / MK, respectively. The thermomechanical properties of 75% and 107% PVDF / MXene composites were improved by the addition of MXene nanoparticles. Especially, the storage modulus of PVDF / MXene composite is up to 7.5 GPA when the MXene content is 5 wt%, and the glass transition temperature is -25.5 掳C. Compared with the pure PVDF, it increased by 64% 掳C and 6.5 掳C.
【学位授予单位】:中北大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TB332

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本文编号:1439667

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