类Pickering乳液法制备氮化硼/聚丙烯导热复合材料及其导热特性
发布时间：2021-07-04 05:20
随着电子设备性能的快速提升,对设备具有良好的绝缘热管理性能的需求也不断增长。因此,提高常用于电子部件的热塑性塑料的绝缘导热性具有重要意义。为了降低导热填料的用量,在提高复合材料导热性能的同时保证其力学强度,本实验通过类Pickering乳液法制备了氮化硼（h-BN）包覆的聚丙烯（PP）珠粒,简单热压后得到具有三维导热通路的h-BN/PP复合材料;利用超临界CO2（SC CO2）剥离出了导热性能更高的氮化硼纳米片（BNNSs）,以提升复合材料的导热率;最后通过多巴胺（DA）对BNNSs进行改性,增强填料与基体之间的界面作用,进一步提升复合材料的导热率。并探究了填料在复合材料的分散状态,复合材料的流变性能、导热率及力学性能,具体如下:（1）通过类Pickering乳液法制备了h-BN包覆的PP珠粒,通过热压成型制备导热复合材料。通过扫描电子显微镜（SEM）观察发现,包覆了h-BN的PP呈规则的球形,且h-BN均匀、致密的包覆在PP颗粒表面,在h-BN/PP复合材料中可以观察到由h-BN构建的网状结构。流变学分析表明随着h-BN含量的增加,复合材料...
【文章来源】：湖北工业大学湖北省
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
SCCO2/PVP/H2O体系乳液微环境中层状材料剥落过程示意图[72]
湖北工业大学硕士学位论文6图1.2SCCO2/PVP/H2O体系乳液微环境中层状材料剥落过程示意图[72]Fig.1.2SchematicdiagramoftheexfoliationprocessoflayeredmaterialsintheemulsionmicroenvironmentofCO2/PVP/H2Osystem[72]Tong等[73]也构建了含有H2O2、乙醇、PVP的溶剂体系，成功剥离出并改性了BNNS，功能化的BNNS（f-BNNS）可以有效改善BNNS与聚合物之间的界面相互作用，增加相容性。陈梦等[74]在乙醇/H2O/表面活性剂/SCCO2体系中剥离出了厚度为2~6nm，结晶形态基本与BN一致的BNNSs，并探究了在乙醇/H2O/表面活性剂/SCCO2体系中，乙醇用量、表面活性剂种类（PVP、十二烷基苯磺酸钠（SDBS）、十六烷基三甲基溴化铵（CTAB））、SCCO2压力等因素对BNNSs剥离的影响。SCCO2制备BNNSs可以快速得到高质量的单层或少层BNNSs，同时有操作过程简单、制备工艺绿色、污染孝能耗低、成本低等特点，受到国内外研究者的关注。图1.3仿生结构的导热模型[77]Fig.1.3Thermalconductivitymodelofbionicstructure[77]BNNSs的超高导热系数和优异的电绝缘性能，仅极少量的添加量就能很好的改善复合材料的导热性，在绝缘导热复合材料中有着广泛的应用[75-78]。Yao等[79]将BNNSs分散液与PVA水溶液混合、真空抽滤，使BNNSs在PVA基体中有着类
湖北工业大学硕士学位论文8图1.4PS/GNP/MWCNT复合材料不同结构对应的导热率[97]Fig.1.4ThermalconductivitycorrespondingtodifferentstructuresofPS/GNP/MWCNT12composite[97]通过简单的机械混合然后热压虽然能控制导热填料在聚合物基体中形成网状的隔离结构，但由于导热填料与塑料粉体之间的密度差异，这种简单混合难以混合均匀，所以得到的复合材料均一性较差，导热性能也不稳定。1.5.2溶液法溶液法主要是以乙醇等有机溶剂作为溶液，将导热填料与塑料粉体一起加入进溶剂中，通过搅拌或者超声波等方式，使导热填料在物理吸附的作用下均匀的包覆在塑料颗粒表面这种方法可以很好的解决上述机械混合的不足之处。FakhrE.Alam等[98]以乙醇为溶剂通过溶液法制备了如图1.5所示的，具有隔离结构石墨烯/热塑性复合材料，在相同的石墨烯含量情况下，具有隔离结构的复合材料的导热系数是通过熔融混合制备的PP复合材料的两倍。当石墨烯负载量为10%时，PE、PP、PVA(聚乙烯醇)和PVDF(聚偏氟乙烯)复合材料的导热系数分别为1.84、1.53、1.43和1.47W/(m·K)。图1.5GNP/PP复合材料的制备过程示意图[98]Fig1.5SchematicofthefabricationprocessofGNP/PPcomposite[98]Kim等[99]通过溶液法将功能化的单壁碳纳米管f-SWCNTs、碲纳米线（TeNW）包覆在聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA)上形成具有隔离结构的f-SWCNT@Te
【参考文献】：
期刊论文
[1]用于聚合物基复合材料导热填料的石墨烯及表面功能化研究进展[J]. 董熠哲,田恐虎,盛绍顶. 化工管理. 2020(09)
[2]聚合物基石墨烯导热复合材料研究进展[J]. 董熠哲,田恐虎,盛绍顶. 化工管理. 2020(08)
[3]高导热氮化硅陶瓷的快速制备和性能控制[J]. 张景贤,席红安,段于森,刘宁,马瑞欣,江东亮,杨建,李晓云,丘泰. 真空电子技术. 2020(01)
[4]导热绝缘环氧树脂/ZnO复合材料的制备及其性能研究[J]. 许建军,杨开雄,李志坚,于晓燕,张庆新. 胶体与聚合物. 2019(04)
[5]机械活化法制备PVC/MgO复合板材导热性能研究[J]. 李庆华,朱云鹏,计静琦,沈芳,胡华宇,余聪,张燕娟,覃宇奔,黄祖强. 塑料科技. 2019(07)
[6]氮化硼纳米片的制备及其应用研究进展[J]. 杜淼,李阳,张光荣. 无机盐工业. 2019(02)
[7]氮化硼纳米片/银纳米杂化颗粒填充的环氧树脂复合材料的制备及其性能研究[J]. 任琳琳,王芳芳,曾小亮,孙蓉,许建斌,汪正平. 集成技术. 2019(01)
[8]具有相隔离结构的聚苯乙烯/氮化硼绝缘导热复合材料的制备及研究[J]. 高传伟,杨昌跃,陈军,倪海鹰. 塑料工业. 2017(08)
[9]石墨表面TiC涂层对高定向石墨/Cu复合材料热导率和抗弯强度的影响[J]. 朱英彬,白华,薛晨,吕继磊,王晨,王俊伟,马洪兵,江南. 复合材料学报. 2017(11)
[10]仿贻贝黏附高分子的研究进展[J]. 吴俊杰,龙宇华,赵宁,徐坚. 高分子通报. 2011(10)
博士论文
[1]基于微/纳米结构单元的有序组装制备高导热复合材料[D]. 么依民.中国科学院大学(中国科学院深圳先进技术研究院) 2018
[2]表面金属化金刚石/铜复合材料导热模型、界面结构与热变形行为研究[D]. 张洪迪.上海交通大学 2018
[3]高导热绝缘高分子复合材料研究[D]. 周文英.西北工业大学 2007
硕士论文
[1]PA6/Al2O3导热复合材料的制备与性能研究[D]. 崔梦杰.青岛科技大学 2019
[2]隔离结构苯乙烯基聚合物/石墨稀纳米复合材料的制备及性能[D]. 赵方伟.青岛科技大学 2018
[3]超临界二氧化碳辅助剥离类石墨烯二维材料（BN、MoO3）及其功能化应用[D]. 陈梦.郑州大学 2016
本文编号：3264121
【文章来源】：湖北工业大学湖北省
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【学位级别】：硕士
【部分图文】：
SCCO2/PVP/H2O体系乳液微环境中层状材料剥落过程示意图[72]
湖北工业大学硕士学位论文6图1.2SCCO2/PVP/H2O体系乳液微环境中层状材料剥落过程示意图[72]Fig.1.2SchematicdiagramoftheexfoliationprocessoflayeredmaterialsintheemulsionmicroenvironmentofCO2/PVP/H2Osystem[72]Tong等[73]也构建了含有H2O2、乙醇、PVP的溶剂体系，成功剥离出并改性了BNNS，功能化的BNNS（f-BNNS）可以有效改善BNNS与聚合物之间的界面相互作用，增加相容性。陈梦等[74]在乙醇/H2O/表面活性剂/SCCO2体系中剥离出了厚度为2~6nm，结晶形态基本与BN一致的BNNSs，并探究了在乙醇/H2O/表面活性剂/SCCO2体系中，乙醇用量、表面活性剂种类（PVP、十二烷基苯磺酸钠（SDBS）、十六烷基三甲基溴化铵（CTAB））、SCCO2压力等因素对BNNSs剥离的影响。SCCO2制备BNNSs可以快速得到高质量的单层或少层BNNSs，同时有操作过程简单、制备工艺绿色、污染孝能耗低、成本低等特点，受到国内外研究者的关注。图1.3仿生结构的导热模型[77]Fig.1.3Thermalconductivitymodelofbionicstructure[77]BNNSs的超高导热系数和优异的电绝缘性能，仅极少量的添加量就能很好的改善复合材料的导热性，在绝缘导热复合材料中有着广泛的应用[75-78]。Yao等[79]将BNNSs分散液与PVA水溶液混合、真空抽滤，使BNNSs在PVA基体中有着类
湖北工业大学硕士学位论文8图1.4PS/GNP/MWCNT复合材料不同结构对应的导热率[97]Fig.1.4ThermalconductivitycorrespondingtodifferentstructuresofPS/GNP/MWCNT12composite[97]通过简单的机械混合然后热压虽然能控制导热填料在聚合物基体中形成网状的隔离结构，但由于导热填料与塑料粉体之间的密度差异，这种简单混合难以混合均匀，所以得到的复合材料均一性较差，导热性能也不稳定。1.5.2溶液法溶液法主要是以乙醇等有机溶剂作为溶液，将导热填料与塑料粉体一起加入进溶剂中，通过搅拌或者超声波等方式，使导热填料在物理吸附的作用下均匀的包覆在塑料颗粒表面这种方法可以很好的解决上述机械混合的不足之处。FakhrE.Alam等[98]以乙醇为溶剂通过溶液法制备了如图1.5所示的，具有隔离结构石墨烯/热塑性复合材料，在相同的石墨烯含量情况下，具有隔离结构的复合材料的导热系数是通过熔融混合制备的PP复合材料的两倍。当石墨烯负载量为10%时，PE、PP、PVA(聚乙烯醇)和PVDF(聚偏氟乙烯)复合材料的导热系数分别为1.84、1.53、1.43和1.47W/(m·K)。图1.5GNP/PP复合材料的制备过程示意图[98]Fig1.5SchematicofthefabricationprocessofGNP/PPcomposite[98]Kim等[99]通过溶液法将功能化的单壁碳纳米管f-SWCNTs、碲纳米线（TeNW）包覆在聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA)上形成具有隔离结构的f-SWCNT@Te
【参考文献】：
期刊论文
[1]用于聚合物基复合材料导热填料的石墨烯及表面功能化研究进展[J]. 董熠哲,田恐虎,盛绍顶. 化工管理. 2020(09)
[2]聚合物基石墨烯导热复合材料研究进展[J]. 董熠哲,田恐虎,盛绍顶. 化工管理. 2020(08)
[3]高导热氮化硅陶瓷的快速制备和性能控制[J]. 张景贤,席红安,段于森,刘宁,马瑞欣,江东亮,杨建,李晓云,丘泰. 真空电子技术. 2020(01)
[4]导热绝缘环氧树脂/ZnO复合材料的制备及其性能研究[J]. 许建军,杨开雄,李志坚,于晓燕,张庆新. 胶体与聚合物. 2019(04)
[5]机械活化法制备PVC/MgO复合板材导热性能研究[J]. 李庆华,朱云鹏,计静琦,沈芳,胡华宇,余聪,张燕娟,覃宇奔,黄祖强. 塑料科技. 2019(07)
[6]氮化硼纳米片的制备及其应用研究进展[J]. 杜淼,李阳,张光荣. 无机盐工业. 2019(02)
[7]氮化硼纳米片/银纳米杂化颗粒填充的环氧树脂复合材料的制备及其性能研究[J]. 任琳琳,王芳芳,曾小亮,孙蓉,许建斌,汪正平. 集成技术. 2019(01)
[8]具有相隔离结构的聚苯乙烯/氮化硼绝缘导热复合材料的制备及研究[J]. 高传伟,杨昌跃,陈军,倪海鹰. 塑料工业. 2017(08)
[9]石墨表面TiC涂层对高定向石墨/Cu复合材料热导率和抗弯强度的影响[J]. 朱英彬,白华,薛晨,吕继磊,王晨,王俊伟,马洪兵,江南. 复合材料学报. 2017(11)
[10]仿贻贝黏附高分子的研究进展[J]. 吴俊杰,龙宇华,赵宁,徐坚. 高分子通报. 2011(10)
博士论文
[1]基于微/纳米结构单元的有序组装制备高导热复合材料[D]. 么依民.中国科学院大学(中国科学院深圳先进技术研究院) 2018
[2]表面金属化金刚石/铜复合材料导热模型、界面结构与热变形行为研究[D]. 张洪迪.上海交通大学 2018
[3]高导热绝缘高分子复合材料研究[D]. 周文英.西北工业大学 2007
硕士论文
[1]PA6/Al2O3导热复合材料的制备与性能研究[D]. 崔梦杰.青岛科技大学 2019
[2]隔离结构苯乙烯基聚合物/石墨稀纳米复合材料的制备及性能[D]. 赵方伟.青岛科技大学 2018
[3]超临界二氧化碳辅助剥离类石墨烯二维材料（BN、MoO3）及其功能化应用[D]. 陈梦.郑州大学 2016
本文编号：3264121
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