石墨/尼龙66高导热复合材料的制备与性能研究

来源 :西安石油大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xiaoyaozhu
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科学技术的进步伴随着电子器件的小型化、高度集成化和高能量,因此对于传统的热管理提出了新的挑战。散热良好的导热高分子材料是目前研究的热点之一。鳞片石墨不仅具有较好的热导率,满足于制备导热高分子的复合材料的要求,而且鳞片石墨来源广泛价格低廉。目前制备尼龙66和鳞片石墨导热复合材料的方法多为双螺杆挤出双螺杆挤出,所制备的复合材料的导热率多为10 W·m-1·K-1,与鳞片石墨的导热性能相比还有很大的提升空间。本文围绕制备工艺以及导热率偏低两个问题,以两种形式的尼龙66(粉体和板块)为基体,以鳞片石墨为填料通过单向热压炉烧结方式制备了填料两种排布形式(共混式排布和定向式排布)的高导热复合材料。具体研究内容如下:1.首先将PA66粉末与鳞片石墨共混,然后将共混料单向热压烧结制备出共混排布导热复合材料,并系统研究了复合材料的热性能以及力学性能。热导率测试结果表明复合材料的热导率与鳞片石墨含量息息相关,随着含量的上升而上升,机械抗弯性能则相反。当填料含量达到50%时,复合材料的导热率达到了13.68 W·m-1·K-1,抗弯强度达到了9.2 MPa。单向热压制备的复合材料具有明显的各向异性,面内方向明显高于面外方向。温度由25℃升高到75℃,填料量为50%的复合材料导热系数降低了20%,填料量为40%的复合材料导热系数降低了21%,填料量为30%的复合材料导热系数降低了23%;复合材料导热性能随着温度升高热扩散系数下降的程度与填料含量成正相关。2.制备了以尼龙66板为基体鳞片石墨定向排布其上的复合材料,以及将鳞片石墨石墨化处理后制备同样排布形式的复合材料,并系统研究了复合材料的热性能和力学性能。层状结构的复合材料的面内方向的导热十分优异,在填料含量为50%导热系数达到了66.3W·m-1·K-1,但其面外导热性能出现明显降低,表现出显著的各向异性。经过石墨化处理的鳞片石墨导热性能更加优异,其填充的复合材料在同等填料比的情况下导热提高了将近2倍。石墨化处理工艺的加入使得复合材料的导热稳定性有所下降,其中含量为50%时热稳定性最差。3.尝试通过偶联剂改善尼龙66与鳞片石墨的润湿性问题,通过偶联剂对鳞片石墨表面改性制备出填料含量为50%的复合材料,并系统研究了复合材料的热性能和力学性能。经过偶联剂KH570处理后的复合材料的导热达到了114 W·m-1·K-1,相对于未经过偶联剂所制备的复合材料的导热性能提升了4%,同时热稳定性十分优异。
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