单板散热系统用高导热聚合物基复合材料制备工艺研究

发布时间：2017-09-06 15:04

  本文关键词：单板散热系统用高导热聚合物基复合材料制备工艺研究

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【摘要】：随着电子电器集成技术和组装技术的快速发展,电子元器件的发热量越来越大,对聚合物基导热复合材料的需求越来越高。本文以电子元器件单板所用聚合物基导热复合材料为研究对象,通过熔融共混法制备出聚合物基导热复合材料,研究了单板散热用高导热聚合物基复合材料的制备工艺,制备出符合电子元器件单板散热用的聚合物基复合材料,并对电子元器件的单板进行合理化结构设计。通过Ansys有限元分析软件对单板进行散热分析,以达到以聚合物基导热复合材料替代传统单板的目的。本文给出了单板的选材和合理化结构设计,以期望达到实际应用的目的。主要工作如下：1.导热系数模型的修正。以Maxcell模型为研究基础,以Bruggeman模型和Fricke方程为依托,推导出适合高填充量聚合物基复合材料的导热模型。本文采用逐级增加少量填充粒子量的方法,对Maxcell方程进行微分再积分,推导出了同时考虑粒子形状和界面热阻的新型导热模型的方程。2.导热填料的表面改性处理工艺。本文采用偶联剂对氧化镁(Mg0)表面进行改性处理,并对其进行红外光谱和扫描电子显微镜的形貌表征,得出了水解后的硅烷偶联剂对Mg0表面改性处理效果最佳：采用酸化方法对碳纤维(CF)进行表面改性处理,并对其进行扫描电子显微镜的形貌表征。3.聚合物基导热复合材料的制备工艺。采用熔融共混的方法,利用SJ-35双螺杆挤出机挤出造粒,制备出聚合物基导热复合材料。对聚合物基复合材料进行热性能、力学性能的测试并通过扫描电子显微镜(SEM)对其进行形貌表征。结合实验数据,分别从填充量、填料种类、复配比例和粒径大小四个方面对聚合物基导热复合材料进行性能分析；并通过修正后的导热模型进行理论值的计算,与实验值进行对比。4.单板的结构设计及有限元分析。根据热力学第一定律推导出热传导控制方程,给出了其应用的初始条件和边界条件。通过在单板上设计肋片的方法,增大散热面积,来提高散热效率。可以计算出单板的表面传热系数、热流密度、肋片效率、导热热阻及热流量。把Pro/e做出的单板模型导入到Ansys中进行导热模拟分析。
【关键词】：单板散热 导热复合材料 改性 导热机理 有限元分析
【学位授予单位】：河南工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB33
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-21
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 聚合物基导热复合材料的应用领域11-13
• 1.2.1 电机领域的应用11-12
• 1.2.2 电子封装领域的应用12
• 1.2.3 LED封装领域的应用12-13
• 1.3 聚合物基导热复合材料的发展现状13-18
• 1.3.1 本征型导热高分子材料的研究进展13-14
• 1.3.2 填充型导热高分子材料的研究进展14-18
• (1) 金属类填充型导热高分子材料14-15
• (2) 陶瓷类填充型导热高分子材料15-16
• (3) 碳类填充型导热高分子材料16-17
• (4) 混杂填料填充型导热高分子材料17-18
• 1.4 电子元器件单板的发展现状18-19
• 1.5 论文的研究意义、研究内容和创新点19-20
• 1.5.1 研究意义19
• 1.5.2 研究内容19-20
• 1.5.3 创新点20
• 1.6 本章小结20-21
• 第二章 导热聚合物基复合材料的作用机理21-29
• 2.1 聚合物基导热复合材料的导热机理21-23
• 2.2 导热填料的处理方法23-25
• 2.2.1 偶联剂的作用机理23-25
• (1) 化学键理论24
• (2) 表面浸润理论24
• (3) 变形层理论24-25
• 2.2.2 表面活性剂的作用机理25
• 2.3 导热率计算及其修正25-28
• 2.4 本章小结28-29
• 第三章 单板用聚合物基导热复合材料制备及分析测试29-61
• 3.1 高导热聚合物基复合材料的体系设计29-30
• 3.2 实验部分30-32
• 3.2.1 实验原料及其来源30-32
• 3.2.2 实验所用生产设备及其来源32
• 3.3 聚合物基导热复合材料的制备32-60
• 3.3.1 填料的表面改性处理32-34
• 3.3.1.1 表面化学改性处理方法32-34
• 3.3.1.2 酸化处理表面改性方法34
• 3.3.2 性能表征34-36
• 3.3.2.1 导热填料的表面性能表征34
• 3.3.2.2 聚合物基复合材料的热性能表征34-35
• 3.3.2.3 聚合物基复合材料的物理性能表征35
• 3.3.2.4 聚合物基复合材料的力学性能表征35-36
• 3.3.3 聚合物基复合材料的形貌表征36
• 3.3.4 聚合物基导热复合材料的制备36-39
• 3.3.5 结果与讨论39-60
• 3.3.5.1 表面改性处理后导热填料的表征及分析39-43
• 1. 经表面改性处理后氧化镁表面基团的分析39-40
• 2. 经表面改性处理后氧化镁的形貌表征及分析40-41
• 3. 经表面改性处理后碳纤维的形貌表征及分析41-43
• 3.3.5.2 填充量对聚合物基导热复合材料微观结构及性能的影响43-51
• 1. 无机填料MgO填充量对MgO/PA6复合材料微观结构及性能的影响43-47
• 2. 碳类填料CF填充量对CF/PA6复合材料微观结构及性能的影响47-51
• 3.3.5.3 填料种类对聚合物基导热复合材料性能的影响51-54
• 3.3.5.4 填料复配比例对聚合物基复合材料性能的影响54-58
• 3.3.5.5 填料粒径大小对聚合物基复合材料性能的影响58-60
• 3.4 本章小结60-61
• 第四章 单板散热的计算及数值模拟61-74
• 4.1 热传导的理论基础及计算61-62
• 4.2 导热微分方程及初始条件和边界条件62-64
• 4.3 单板数学模型的建立及计算64-67
• 4.4 几种单板散热设计热效率的数值模拟分析67-73
• 4.4.1 散热过程的模拟分析67-73
• 4.4.2 数值模拟分析结果的比较73
• 4.5 本章小结73-74
• 第五章 总结与展望74-76
• 参考文献76-79
• 致谢79-80
• 个人简历80

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本文编号：803815