【摘要】：隨著電子工業(yè)的大力發(fā)展,產(chǎn)品的集成程度和組裝密集度不斷提升,對于材料各方面性能要求也越來越高,不僅需要高的導(dǎo)熱性能,也需要有好的力學(xué)性能及其他性能,應(yīng)用于不同場合。傳統(tǒng)的金屬材料難加工,易侵蝕,比重大等因素,使金屬的應(yīng)用范圍受到了限制。而聚合物基復(fù)合材料在這一方面具有質(zhì)輕,耐腐蝕,加工方便等優(yōu)點(diǎn),且成本低廉,因此導(dǎo)熱聚合物基復(fù)合材料成為了研究的熱點(diǎn)。本論文以聚乙烯為基體,分別以石墨、氮化硼為導(dǎo)熱填料,采用填充法制備高填量聚乙烯基導(dǎo)熱復(fù)合材料。具體研究內(nèi)容如下:選用了高導(dǎo)熱石墨作為填料,通過熱燒結(jié)處理對石墨填料進(jìn)行改性,在石墨表面分別鍍鎳層、硅層和生長二氧化硅納米線。然后將未處理過的石墨粉體與改性后的石墨粉體分別與低密度聚乙烯進(jìn)行復(fù)合制備復(fù)合材料。研究實(shí)驗(yàn)方法,填料含量,改性處理填料對聚乙烯復(fù)合材料的性能的作用。結(jié)果表明(1)用XRD、SEM、EDS、XPS等測試表明,石墨表面得到了改性,石墨表面分別鍍上了鎳金屬層,硅層和生長了二氧化硅納米線。(2)當(dāng)導(dǎo)熱填料含量上升,復(fù)合材料熱導(dǎo)率也不斷增加。對比這四種類型的復(fù)合材料的熱導(dǎo)值,其數(shù)值呈現(xiàn)如下的規(guī)律:在相同填料填充下,填料對于復(fù)合材料導(dǎo)熱提升依次為,石墨鍍鎳石墨鍍硅石墨生長二氧化硅石墨。且高導(dǎo)熱的低密度聚乙烯復(fù)合材料在自制測溫裝置下表現(xiàn)出良好的熱傳導(dǎo)性。(3)針對熱導(dǎo)率相對較高的石墨/低密度聚乙烯復(fù)合材料和石墨表面鎳改性和硅改性后制備的復(fù)合材料,用萬能試驗(yàn)機(jī)測試了材料力學(xué)性能。其數(shù)值呈現(xiàn)如下規(guī)律:其相同填充量的填料下,填料對于復(fù)合材料抗彎強(qiáng)度提升依次為,鍍鎳石墨鍍硅石墨石墨。(4)從TG的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,隨著石墨體積含量的增加,復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性不斷提升。以氮化硼粉體作為絕緣導(dǎo)熱填料,利用真空熱壓燒結(jié)制備絕緣導(dǎo)熱聚乙烯基復(fù)合材料,研究了不同氮化硼粒徑、含量和工藝方法對于聚乙烯基復(fù)合材料的影響,并研究導(dǎo)熱模型與超高分子量聚乙烯基復(fù)合材料熱導(dǎo)率的關(guān)系。結(jié)果表明(1)制備工藝有效地提高了復(fù)合材料中導(dǎo)熱填料的分散性,復(fù)合材料的熱導(dǎo)率隨著氮化硼體積分?jǐn)?shù)的上升而上升。大粒徑氮化硼填料與小粒徑相比,前者對熱導(dǎo)率的提升更大。當(dāng)60vol%填料添加到基體時(shí),復(fù)合材料X-Y向的熱導(dǎo)值為14.81W/mK,比聚合物基體提升了46倍。(2)隨著氮化硼量的不斷增加,制備的復(fù)合材料的抗彎強(qiáng)度不斷下降。通過萬能試驗(yàn)機(jī)測試了材料力學(xué)性能。其數(shù)值呈現(xiàn)如下規(guī)律,一定含量填料氮化硼的加入能提升了聚合物的力學(xué)性能,當(dāng)相同填充量下,填料對于復(fù)合材料抗彎強(qiáng)度提升依次為20μm氮化硼50μm氮化硼。(3)使用經(jīng)典Maxwel-Eucken模型和Hatta-Taya模型模擬計(jì)算了復(fù)合材料的熱導(dǎo)率。結(jié)果表明,Maxwel-Eucken模型公式不適用于實(shí)驗(yàn)值,而Hatta-Yaya模型預(yù)測值與20μm的氮化硼填充的復(fù)合材料的導(dǎo)熱材料X-Y向熱導(dǎo)值匹配較好,而50μm的氮化硼填充的導(dǎo)熱材料X-Y向熱導(dǎo)值與模型預(yù)測不匹配,大于預(yù)測值。
【圖文】：

石墨表面能沉積了二氧化硅納米線，取出處理后的石墨低密度聚乙烯基復(fù)合材料的制備烯基復(fù)合材料復(fù)合材料的制備主要是如下：首先將配好的石烯倒入塑料杯中，將混合物在高速攪拌機(jī)中的作用下充分裝入鋼模具中，將鋼模具放置在機(jī)械振動(dòng)臺(tái)上，進(jìn)行橫向160Hz，振動(dòng) 3min 左右，通過機(jī)械振動(dòng)讓填料在模具內(nèi)有效燒結(jié)工藝，在最高溫 140℃對混合物熱壓，并在最高溫保樣品的壓力為 20MPa，整個(gè)反應(yīng)在真空度很低的環(huán)境下進(jìn)品的致密度，排除空氣對熱壓過程中的影響。當(dāng)溫度不對樣卸載作用于樣品上的壓力，脫模得到石墨/低密度聚乙烯基材料加工成所需形狀，實(shí)驗(yàn)過程如圖 2.1：

圖 2.2 石墨表面鍍硅粉體的 XRD 圖譜.2.2 XRD pattern of graphite powders coated with Si出了石墨粉體表面生長 SiO2納米線改性后的粉體的經(jīng)過對石墨表面熱蒸發(fā)燒結(jié)處理，石墨原料上得到明石墨在空氣環(huán)境氣氛下燒結(jié)處理，且在二氧化硅和下，生長二氧化硅。且因?yàn)橛泄柙�，，且石墨粉體表面接觸到碳原子后，生成 SiC 物質(zhì)。因此通過 XRD 的經(jīng)過表面改性后確實(shí)在表面生長了 SiO2物質(zhì)。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TB332

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2703310