隨著現(xiàn)代社會科學技術(shù)的快速發(fā)展,先進電子設(shè)備為追求小尺寸的設(shè)計而將電路尺寸大幅度地減少,然而這樣的設(shè)計使得設(shè)備出現(xiàn)高度集成,進一步促使大量的熱積累在設(shè)備附件中,導致設(shè)備壽命相對較短。聚合物包裝材料具有低導熱系數(shù),散熱效率被降低。因此導熱聚合物基復合材料具有非常重要的意義和良好的應用前景。氮化硼具有很多良好的性質(zhì),吸引了國內(nèi)外眾多研究學者的注意,例如優(yōu)異的抗氧化性、良好的導熱性、出色的耐熱性、優(yōu)異的抗腐蝕性和化學穩(wěn)定性、電學性能以及良好的潤滑性。氮化硼作為無機導熱填料,與聚合物基復合材料之間的相容性較差,容易在聚合物基體中發(fā)生團聚,影響了導熱性能的發(fā)揮。因此提高氮化硼與聚合物基體的相容性和分散性對提高聚合物基復合材料的導熱性能非常重要。氮化硼由于其優(yōu)異的抗氧化性能被廣泛用在抗氧化領(lǐng)域,可以作為碳纖維表面的抗氧化涂層材料,但是傳統(tǒng)溶液浸漬法存在兩個缺陷,一是氮化硼前驅(qū)體的析出是一個隨機過程,不能均勻分布在纖維表面。二是重力和毛細管作用力的存在極大地削弱了熱處理中間過程的液態(tài)產(chǎn)物均勻覆蓋纖維的能力。解決纖維氮化硼涂層存在的兩個缺陷問題對于提高抗氧化涂層質(zhì)量的意義重大。本文采用單寧酸作為非共價鍵改性劑,對六方氮化硼進行表面修飾。探究了改性體系中單寧酸的含量和改性時間對六方氮化硼的影響,發(fā)現(xiàn)當單寧酸含量為0.6g,1.2g,1.6g,改性時間為3h,6h,12h時,單寧酸的含量和改性時間并不會對六方氮化硼產(chǎn)生明顯影響,并且單寧酸在六方氮化硼表面的附著量幾乎相同。探究了單寧酸對六方氮化硼形貌的影響,發(fā)現(xiàn)單寧酸在其表面隨機附著。研究了單寧酸修飾劑對六方氮化硼結(jié)構(gòu)的影響,發(fā)現(xiàn)單寧酸不會對氮化硼的晶體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。通過對修飾前后的氮化硼進行熱穩(wěn)定性分析發(fā)現(xiàn),修飾六方氮化硼在低于250℃的時候表現(xiàn)出較好的穩(wěn)定性。探究了修飾六方氮化硼在水、乙醇、丙酮、四氫呋喃、二甲亞砜這幾種溶劑中的分散性,發(fā)現(xiàn)修飾六方氮化硼在這幾種溶劑中的分散性較好,能夠為擴大六方氮化硼的應用領(lǐng)域提供條件。制備了聚乙烯醇/六方氮化硼復合材料。研究了單寧酸對六方氮化硼在聚乙烯醇基體中分散性的影響,探究了導熱填料含量和改性前后的導熱填料對復合材料導熱性能的影響,并對復合材料進行性能表征,對導熱模型進行了擬合分析。結(jié)果表明單寧酸修飾六方氮化硼相比未經(jīng)修飾的來說,能夠在聚乙烯醇基體內(nèi)均勻分散,有效提高復合材料的導熱性能。這為生產(chǎn)質(zhì)量輕、高導熱的聚乙烯醇/六方氮化硼復合材料提供了新的思路,并且這種方法安全,環(huán)保無污染,操作簡單,能夠大規(guī)模生產(chǎn)。本文還系統(tǒng)研究了碳纖維氮化硼涂層的制備工藝。探究了浸漬溶膠的單體濃度、浸漬時間、浸漬干燥周期數(shù)對碳纖維表面形貌的影響。并通過對氮化硼前驅(qū)體浸漬凝膠的探究確定了碳纖維氮化硼涂層的制備工藝。還對傳統(tǒng)的溶液浸漬法和改進之后的溶膠凝膠法浸漬形貌進行了對比。結(jié)果表明使用傳統(tǒng)溶液浸漬法,經(jīng)過較少的浸漬干燥周期,硼酸和尿素在碳纖維表面分別析出。即使提高浸漬干燥周期,氮化硼前驅(qū)體在纖維表面的析出量還是較少,并且不均勻。當?shù)鹎膀?qū)體浸漬溶膠的單體濃度為0.376mol/L時,溶膠能夠在纖維表面形成一層膜狀物質(zhì),硼酸尿素在凝膠化過程中會被均勻分散在聚丙烯酰胺的網(wǎng)絡(luò)化凝膠結(jié)構(gòu)中。單體濃度過低時,溶膠不具備成膜能力。單體濃度過高會使得溶膠成膜能力喪失。探究發(fā)現(xiàn),纖維最佳浸漬工藝是浸漬時間為3min,單體濃度為0.376mol/L,浸漬干燥周期為兩次。對氮化硼前驅(qū)體凝膠研究發(fā)現(xiàn),在溫度為300℃時的中溫階段,保溫時間的延長有利于提高六方氮化硼的結(jié)晶度,但是保溫時間過長會對產(chǎn)物產(chǎn)生不利影響。高溫氮化階段保溫時間的延長和氮化溫度的提高有利于提高氮化硼的結(jié)晶度。綜合考慮,選擇中溫階段300℃保溫90min,高溫階段850℃保溫5h作為碳纖維氮化硼涂層的處理工藝。采用溶膠凝膠法制備氮化硼涂層的優(yōu)點在于,丙烯酰胺單體的引入能夠使得硼酸和尿素參與到凝膠化過程,從而它們能被固定在高分子網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中,達到均勻分散在纖維表面的目的。
【學位單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TB33;TB306
【部分圖文】：

圖１．１?ｈ－ＢＮ與石墨的結(jié)構(gòu)??Ｆｉｇ．?１．１?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ?ｏｆ?ｈ－ＢＮ?ａｎｄ?ｇｒａｐｈｉｔｅ??ＢＮ在很多物理化學性質(zhì)方面具有得天獨厚的優(yōu)勢。??（１）出色的抗氧化性??°

?ｈＫ??ＨＯ?ＯＨ??圖３．１單寧酸結(jié)構(gòu)??Ｆｉｇ．?３．１?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｔａｎｎｉｃ?ａｃｉｄ??ｈ－ＢＮ含有由Ｂ、Ｎ原子構(gòu)成的六元環(huán)結(jié)構(gòu)，其表面形貌如圖３．２所示。從??圖３．２中可以看出ｈ－ＢＮ具有片層結(jié)構(gòu)，在被單寧酸修飾之前，ｈ－ＢＮ片表面光滑，??沒有任何的附著物。??圖３．２?ｈ－ＢＮ表面形貌圖??Ｆｉｇ．?３．２?Ｓｕｒｆａｃｅ?ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ?ｏｆ?ｈ－ＢＮ??圖３．３為單寧酸對ｈ－ＢＮ修飾的機理。首先在Ｔｒｉｓ－ＨＣｌ緩沖溶液中，單寧酸??能夠發(fā)生氧化自聚形成低聚物使得本身溶解度降低。其次含有大量鄰苯二酚和鄰??苯三酚的單寧酸具有高的表面粘附性，可以通過Ｔｗｉ相互作用吸附在ｈ－ＢＮ片的??表面。這幾方面的原因使得單寧酸起到了修飾ｈ－ＢＮ的作用。單寧酸含有大量的??鄰苯二酚和鄰苯三酚結(jié)構(gòu)使得單寧酸修飾后的ｈ－ＢＮ＠ＴＡ能夠溶于水，并且其表??面含有的羥基還可以作為新的反應活性基團。??１９??

?（ｂ）?０．６ｇ；?（ｃ），?（ｄ）?１．２ｇ；?（ｅ），?（ｆ）?１．６ｇ??３．３．２?ｈ－ＢＮ＠ＴＡ?熱分析??對ｈ－ＢＮ和功能化的ｈ－ＢＮ＠ＴＡ產(chǎn)物進行熱重分析，如圖３．５所示。從圖３．５??中可以看出，在空氣氣氛下，直到達到８００°Ｃ，原始的ｈ－ＢＮ表現(xiàn)出很高的熱穩(wěn)??定性，不會發(fā)生任何分解。當單寧酸含量分別是０．６ｇ，１．２ｇ，１．６ｇ時，ｈ－ＢＮ＠ＴＡ??的失重率分別為３．９％，?３．３％，?４．６％，這說明在此修飾體系中單寧酸的添加量對??ｈ－ＢＮ改性結(jié)果影響相差不大，這些少量的單寧酸會通過非共價鍵作用對ｈ－ＢＮ??進行表面改性。同時從圖３．５中還可以發(fā)現(xiàn)使用單寧酸通過非共價鍵改性得到的??ｈ－ＢＮ＠ＴＡ在低于２５０ｏＣ的時候表現(xiàn)出較好的穩(wěn)定性，這表明ｈ－ＢＮ＠ＴＡ可以在??２１??
【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前4條

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本文編號：2871648