本文關鍵詞：環(huán)氧樹脂基復合材料的導熱性能研究

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【摘要】：環(huán)氧樹脂作為性能優(yōu)異的高分子材料,被人們越來越廣泛的應用到實際生產(chǎn)生活中。但是環(huán)氧樹脂存在一個致命的缺點,那就是它的導熱性能非常低,通常為0.2 W/(m?K),這對環(huán)氧樹脂在導熱電器和塑封材料的應用上非常不利。為了能有效提高環(huán)氧樹脂的導熱性能,本文設計了顆粒填充環(huán)氧樹脂與與構(gòu)建三維導熱通路兩種方式來提升環(huán)氧樹脂熱導率。以多孔膨脹石墨為導熱填料,采用磁力攪拌、澆注成型的方法制備膨脹石墨/環(huán)氧樹脂復合材料(EP/EG)。以通孔泡沫材料作為天然導熱通路,采用真空浸漬的方法制備泡沫/環(huán)氧復合材料。通過激光導熱、紅外表征、SEM掃描和熱重分析等不同的測試與表征手段研究不同的參雜條件對EP/EG復合材料性能的影響。研究結(jié)果表明:隨著膨脹石墨添加量的增加,EP/EG復合材料的導熱性能也隨著有一定的增加,并且導熱填料的粒徑越大,環(huán)氧樹脂復合材料的導熱性能越好。在填充量較低時,熱導率的變化不明顯,在較高填充量時,復合材料的熱導率會有一快速升高的過程。但在較高填充量時材料的力學性能會有一定下降。對膨脹石墨用30 wt%的KH-550表面處理后,復合材料的熱導率、熱穩(wěn)定性及力學性能都有一定的提高。為了使環(huán)氧樹脂材料內(nèi)部在較低填料參雜時有較多的填料相互接觸,形成連續(xù)的導熱通道,本實驗采用復配的方法研究微米/微米級復配及納米/微米級復配及復配比對材料導熱性能的影響。研究表明對于微米/微米級(300目與100目)復配,在總質(zhì)量分數(shù)為環(huán)氧單體的20 wt%時,復配比為1:2時材料的熱導率最高約為0.97 W/(m?K),此時材料的拉伸性能也較高;對于納米-微米級復配來說,當總填料所占單體的質(zhì)量百分比為5 wt%時,碳納米管的含量占填料的質(zhì)量百分比為10 wt%時對提高材料的熱導率最有效,此時約為0.28 W/(m?K),并且經(jīng)過酸化處理過的碳納米管比未處理的碳納米管參雜時熱導率要高。但是受樹脂粘度對分散性能的影響,只有在填料含量特別高的時候才會形成導熱通路,采用填料填充原位形成導熱通路的方法不理想,總體對環(huán)氧樹脂熱導率的提升幅度小。為了克服導熱通路的形成障礙,文章最后采用泡沫材料作為填料浸漬環(huán)氧樹脂,證明連續(xù)的導熱通道對材料的熱導率的重要影響。本章對不同孔徑的銅泡沫,單一孔徑的鈦泡沫和石墨泡沫浸漬環(huán)氧樹脂研究他們的熱導率情況。對于孔隙率為76%的石墨泡沫浸漬環(huán)氧樹脂,熱導率高達94.025 W/(m?K)。對于小孔徑的銅泡沫在體積比僅為環(huán)氧樹脂的6.77%時,復合材料的熱導率為9.912W/(m?K)。對比分析不同孔徑的銅泡沫參雜時的熱導率發(fā)現(xiàn),小孔(0.2μm)銅泡沫更能有效提高材料的熱導率。對比石墨泡沫、銅泡沫和鈦泡沫的熱導率,我們發(fā)現(xiàn)材料本體的熱導率越高,復合材料的熱導率就越高。而在該體積分數(shù)下填充的膨脹石墨來說,熱導率最大的僅為0.31 W/(m?K)。因此對于材料的熱導率影響最大的是材料導熱通道的形成,可以預先對導熱填料處理在與樹脂復合前形成導熱通道,實驗結(jié)論對于我們以后實驗過程有很大的指導作用。
【關鍵詞】：環(huán)氧樹脂 膨脹石墨 碳納米管 泡沫材料 熱導率
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TB332
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-25
• 1.1 課題背景及研究的目的和意義11-12
• 1.2 聚合物基復合材料導熱研究綜述12-20
• 1.2.1 導熱概念12-13
• 1.2.2 導熱機理13-14
• 1.2.3 影響復合材料的導熱的因素14-19
• 1.2.4 提高材料導熱的途徑19-20
• 1.3 導熱模型20-22
• 1.4 熱導率測試方法22-24
• 1.4.1 穩(wěn)態(tài)測試22-23
• 1.4.2 瞬態(tài)測試23-24
• 1.5 論文的主要研究內(nèi)容及方案24-25
• 第2章 材料及試驗方法25-34
• 2.1 實驗原料與設備25-29
• 2.1.1 實驗原料25-29
• 2.1.2 實驗設備及測試儀器29
• 2.2 模具設計29-30
• 2.3 分析測試30-34
• 2.3.1 傅里葉-紅外光譜分析30-31
• 2.3.2 X射線衍射分析31
• 2.3.3 SEM掃描分析31
• 2.3.4 熱導率分析31
• 2.3.5 熱重分析31
• 2.3.6 力學性能測試31-32
• 2.3.7 熱膨脹系數(shù)測試32
• 2.3.8 DSC確定固化條件與比熱容32-33
• 2.3.9 材料的體積密度測試33-34
• 第3章 EP/EG復合材料的制備與性能研究34-51
• 3.1 引言34
• 3.2 膨脹石墨尺寸對EP/EG復合材料性能的影響34-38
• 3.2.1 EP/EG復合材料的制備34-35
• 3.2.2 填料尺寸對復合材料熱性能的影響35-37
• 3.2.3 尺寸對EP/EG復合材料力學性能的影響37-38
• 3.3 膨脹石墨含量對復合材料性能的影響38-45
• 3.3.1 含量對復合材料熱性能的影響38-43
• 3.3.2 含量對復合材料力學性能的影響43-45
• 3.4 偶聯(lián)劑處理對EP/EG復合材料性能的影響45-49
• 3.4.1 膨脹石墨的表面接枝偶聯(lián)劑處理45-46
• 3.4.2 膨脹石墨表面處理對EP/EG熱性能的影響46-48
• 3.4.3 偶聯(lián)劑處理對EP/EG復合材料力學性能的影響48-49
• 3.5 本章小結(jié)49-51
• 第4章 復配及泡沫摻雜對復合材料性能的影響51-68
• 4.1 引言51-52
• 4.2 EG / EG石墨復配對材料熱力學性能的影響52-54
• 4.2.1 EG / EG復配對材料導熱性能的影響52-53
• 4.2.2 膨脹石墨/膨脹石墨復配對材料力學性能的影響53-54
• 4.3 膨脹石墨/碳納米管復配54-58
• 4.3.1 碳納米管的酸化處理與表征54-56
• 4.3.2 EG-CNTs/EP復合材料制備56
• 4.3.3 EG-CNTs/EP復合材料導熱性能56-57
• 4.3.4 EG-CNTs/EP復合材料力學性能57-58
• 4.4 泡沫材料浸漬環(huán)氧樹脂的性能研究58-66
• 4.4.1 泡沫材料導熱性能59-63
• 4.4.2 泡沫材料的基本壓縮性能63-66
• 4.5 本章小結(jié)66-68
• 結(jié)論68-71
• 參考文獻71-79
• 致謝79

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本文編號：593787