导热硅橡胶的制备与性能研究

发布时间：2020-11-06 00:05

　　 随着集成技术和组装技术在电子电气领域的迅速发展,电子元件、电路体积不断缩小则对界面材料的导热性能提出了更高的要求。一般传统的导热材料多为金属材料,但金属材料在加工、耐腐蚀方面的性能较差,在某些领域的应用受到限制。高分子材料在加工、耐腐蚀方面具有优异的性能,由于高分子材料大多都是热的不良导体,所以单一的高分子材料是远远达不到使用要求的,因而制备具有高导热的高分子材料具有很大的实用价值。在众多的高分子材料中,硅橡胶具有化学性质稳定,耐高低温、耐高压、耐臭氧老化、耐溶剂、耐辐射、耐候性、生理惰性、高透气性以及生物相容性好等优良特性,应用领域也越来越广泛,因此导热硅橡胶的研究和制备具有重要的意义。本论文选用四种不同形貌的高导热填料,研究填料形貌和用量对导热硅橡胶复合材料的热导率、力学性能、热稳定性、交联密度的影响；相同填料不同粒径及不同粒径复配对导热硅橡胶复合材料性能的影响；不同形貌填料复配对导热硅橡胶复合材料综合性能的影响。论文主要研究内容及结果如下：(1)选用片层氮化硼、球形氧化铝、无规颗粒氮化铝、碳纤维为填料制备硅橡胶导热复合材料,研究结果表明：随着填料填充量的增加,四种不同形貌的高导热填料均可以提高硅橡胶复合材料的热导率,提高的大小顺序依次是,片层氮化硼大无规则氮化铝球形氧化铝碳纤维。片层氮化硼的填充体积分数为50vo1.%时,导热硅橡胶复合材料的热导率最高可达到2.95 W/mK；从硅橡胶复合材料微观断面图中可以看出片层氮化硼在硅橡胶基体中分散较好,与基体的界面相容性也较好,颗粒间以面-面的方式进行接触,界面热阻较小,更容易形成导热网链。片层氮化硼和球形氧化铝填充的复合材料的热稳定性较好。(2)应用了Maxwell模型及其修正模型、Agari模型模拟分析硅橡胶复合材料热导率理论值,并与实验值对比分析。结果表明,当填料填充量较小时两个模型均适用,但当填料体积分数逐渐增大时,Maxwell模型对球形氧化铝、碳纤维较适用,Maxwell修正模型对片层氮化硼、无规则氮化铝较为适用；同时应用Agari模型对这四种不同形貌的填料在复合材料体系内,形成导热网链的难易程度进行了预测分析,结果发现形成导热网链的容易程度氮化硼氮化铝氧化铝碳纤维,与热导率测试结果相吻合。(3)研究不同粒径的片层氮化硼对导热硅橡胶复合材料性能的影响。结果表明,不同粒径的片层氮化硼对硅橡胶复合材料的热导率的影响趋势相同,都是随着填充体积分数的增大而增大；在填充体积分数30vo1.%时达到填充阈值；相同填充体积分数下,大粒径BN填充的复合材料的热导率要比小粒径BN填充的大,但15μ m和30 μ m的差别不大。将三种不同粒径BN进行混配,最后结果表明当30μm:15μm=1:2时,硅橡胶复合材料的热导率最大。(4)将片层氮化硼和无规则氮化铝进行复配制备导热硅橡胶复合材料,研究最佳复配比,结果表明,相同填充体积分数下,体积比BN:AlN=1:1时复合材料热导率最大1.34 W/mK,均大于单一填充A1N时的复合材料的热导率,并降低了填料成本。
【学位单位】：安徽大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2016
【中图分类】：TQ333.93
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 课题研究背景
    1.2 导热机理和导热模型
        1.2.1 导热机理
        1.2.2 导热理论模型
    1.3 导热高分子材料的研究现状
        1.3.1 填充型导热硅橡胶热导率的影响因素
            1.3.1.1 硅橡胶基体的影响
            1.3.1.2 填料的影响
            1.3.1.3 填料粒径大小及形貌的影响
    1.4 导热复合材料研究中存在的问题
        1.5.1 研究意义
        1.5.2 主要研究内容
第二章 不同形貌填料填充导热MVQ复合材料的制备与性能研究
    2.1 引言
    2.2 实验部分
        2.2.1 实验原料及设备
        2.2.2 材料物性及基本配方
        2.2.3 导热硅橡胶复合材料的制备
        2.2.4 性能测试与表征
            2.2.4.1 硅橡胶复合材料热导率测试
            2.2.4.2 导热硅橡胶复合材料力学性能测试
            2.2.4.3 导热硅橡胶复合材料热稳定性测试
            2.2.4.4 导热硅橡胶复合材料SEM形貌分析
            2.2.4.5 导热硅橡胶复合材料交联密度测试
    2.3 结果与讨论
        2.3.1 不同用量的填料对硅橡胶复合材料热导率的影响
        2.3.2 Maxwell及其修正模型、Y.Agari模型模拟及分析
        2.3.3 不同形貌填料对硅橡胶复合材料热稳定性的影响
        2.3.4 不同形貌填料对硅橡胶复合材料力学性能的影响
        2.3.5 填料填充量对硅橡胶复合材料交联密度的影响
        2.3.6 导热硅橡胶复合材料的断面形貌（SEM）
    2.4 本章小结
第三章 BN/MVQ导热复合材料的制备与性能研究
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 实验材料
        3.2.2 基本配方
        3.2.3 导热硅橡胶复合材料的制备
        3.2.4 性能测试与表征
            3.2.4.1 硅橡胶复合材料热导率测试
            3.2.4.2 导热硅橡胶复合材料力学性能测试
            3.2.4.3 导热硅橡胶复合材料热稳定性测试
            3.2.4.4 导热硅橡胶复合材料SEM形貌分析
            3.2.4.5 导热硅橡胶复合材料交联密度测试
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 BN粒径及用量对硅橡胶复合材料热导率的影响
        3.3.2 不同粒径BN导热性能差异的分析
        3.3.3 BN粒径对硅橡胶复合材料热稳定性的影响
        3.3.4 BN粒径对硅橡胶复合材料力学性能的影响
        3.3.5 BN粒径对硅橡胶复合材料交联密度的影响
        3.3.6 不同粒径BN填充硅橡胶复合材料的断面形貌（SEM）
    3.4 不同粒径BN混合对硅橡胶复合材料热导率的影响
    3.5 本章小结
第四章 AlN/BN/碳纤维复配导热MVQ复合材料的制备与性能研究
    4.1 引言
    4.2 实验部分
        4.2.1 实验原料及设备
        4.2.2 基本配方
        4.2.3 导热硅橡胶复合材料的制备
        4.2.4 性能测试与表征
            4.2.4.1 硅橡胶复合材料热导率测试
            4.2.4.2 导热硅橡胶复合材料力学性能测试
            4.2.4.3 导热硅橡胶复合材料SEM形貌分析
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 AlN/BN复配10vol.%填充硅橡胶复合材料
            4.3.1.1 AlN/BN复配10vol.%对硅橡胶热导率的影响
            4.3.1.2 AlN/BN复配10vol.%对硅橡胶力学性能的影响
        4.3.2 AlN/BN复配30vol.%填充硅橡胶复合材料
            4.3.2.1 AlN/BN复配30vol.%对硅橡胶热导率的影响
            4.3.2.2 AlN/BN复配30vol.%对硅橡胶力学性能的影响
        4.3.3 AlN/BN复配填充硅橡胶复合材料的断面形貌
    4.4 AlN/BN/碳纤维复配30vol.%填充硅橡胶复合材料
        4.4.1 碳纤维填充量对硅橡胶复合材料综合性能的影响
        4.4.2 不同碳纤维填充硅橡胶复合材料的断面形貌图
    4.5 本章小结
第五章 论文总结
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间论文发表情况

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本文编号：2872389