導(dǎo)電-導(dǎo)熱聚合物基復(fù)合材料的制備與性能研究.pdf

1、隨著科技的快速發(fā)展，聚合物基功能復(fù)合材料的應(yīng)用越來越廣泛，如何制備性能優(yōu)異的高分子復(fù)合材料成為研究的熱點(diǎn)。聚合物基導(dǎo)電/導(dǎo)熱復(fù)合材料是將導(dǎo)電/導(dǎo)熱填料填充在聚合物基體中所制備的，能夠應(yīng)用于很多的電子電器產(chǎn)品中。為了達(dá)到所需要的導(dǎo)電或?qū)嵝阅埽ǔＰ枰砑虞^高含量的填料，這不僅增加復(fù)合材料加工成型的難度，同時(shí)還會(huì)損害材料的力學(xué)性能。大多數(shù)的導(dǎo)電或?qū)崽盍隙际莿傂粤Ｗ?，它的加入?huì)大大降低復(fù)合材料的韌性，使材料變得很脆。因此，如何降低復(fù)合材料

2、的填料含量且保持優(yōu)異的導(dǎo)電/導(dǎo)熱性能成為一個(gè)迫切需要解決的問題。本論文主要的研究內(nèi)容如下:
　　 1、以尼龍12(PA12)為基體、碳納米管(MWNTs)為導(dǎo)電填料制備了PA12/MWNT導(dǎo)電納米復(fù)合材料，研究了兩相復(fù)合材料的電學(xué)、動(dòng)態(tài)力學(xué)和熱穩(wěn)定性能。結(jié)果表明，MWNTs的加入極大的提高了復(fù)合材料的導(dǎo)電性能，兩相復(fù)合材料的滲流閾值為1.45 wt％，同時(shí)復(fù)合材料的儲能模量和熱降解溫度也隨著MWNTs含量的增加而提高。為了進(jìn)一步

3、提高復(fù)合材料的導(dǎo)電性能，加入第二相聚合物馬來酸酐接枝乙烯辛烯共聚物(POE-g-MA)制備了PA12/MWNT/POE-g-MA三相復(fù)合材料，體系的導(dǎo)電滲流閾值降低至0.63 wt％。同時(shí)還研究了碳納米管含量不同時(shí)，PA12、MWNTs、 POE-g-MA三種組分的加工順序?qū)?fù)合材料導(dǎo)電性能的影響，當(dāng)MWNTs含量為2 wt％時(shí)，體系導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)較不完善，加工順序的改變對材料的導(dǎo)電性影響較大;當(dāng)MWNTs含量增加至4 wt％時(shí)，體系中導(dǎo)電網(wǎng)

4、絡(luò)形成比較完善，加工順序不太影響復(fù)合材料的導(dǎo)電性能。
　　 2、首先采用高溫?zé)徇€原法制備了石墨烯，通過紅外、TEM和XRD結(jié)果發(fā)現(xiàn)，我們制備了剝離效果非常好的石墨烯。將石墨烯加入PA12中制備了PA12/石墨烯導(dǎo)電納米復(fù)合材料，石墨烯在PA12中分散非常均勻，能夠有效的提高復(fù)合材料的電導(dǎo)率，PA12/石墨烯兩相納米復(fù)合材料的滲流閾值僅為0.3 vol％，同時(shí)也提高了復(fù)合材料的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能和熱穩(wěn)定性能。當(dāng)加入第二相聚合物POE-g

5、-MA后，改變?nèi)N組分的加工順序，能夠進(jìn)一步提高復(fù)合材料的導(dǎo)電性能。從SEM和TEM照片上看，石墨烯在兩相聚合物中的分布情況隨著加工順序發(fā)生變化，當(dāng)PA12與石墨烯先共混后再與POE-g-MA共混時(shí)，石墨烯分散在PA12基體中，此時(shí)復(fù)合材料的儲能模量和導(dǎo)電性能最高。
　　 3、采用簡單的溶液共混制備了高導(dǎo)熱酚醛樹脂復(fù)合材料，首先研究了石墨粒徑的大小對復(fù)合材料熱導(dǎo)率與電導(dǎo)率的影響，發(fā)現(xiàn)粒徑越大復(fù)合材料的熱導(dǎo)率與電導(dǎo)率越高。同時(shí)對比

6、了復(fù)合材料的垂直熱導(dǎo)率與水平熱導(dǎo)率，隨著石墨含量的增加，水平熱導(dǎo)率與垂直熱導(dǎo)率差別越來越大，說明石墨面內(nèi)方向的熱導(dǎo)率比層間熱導(dǎo)率要大。隨后添加了少量的碳纖維、p-MWNT和f-MWNT，發(fā)現(xiàn)它們與石墨之間有很好的協(xié)同效果，進(jìn)一步地提高了復(fù)合材料的熱導(dǎo)率和彎曲性能。但是，碳管在高含量下?lián)p害了復(fù)合材料的熱導(dǎo)率和彎曲性能，從SEM圖片可知，碳管在高含量下容易團(tuán)聚而碳纖維卻不會(huì)。
　　 4、以環(huán)氧樹脂(EP)為基體、氮化鋁(AlN)為填

7、料制備了環(huán)氧/AlN絕緣導(dǎo)熱復(fù)合材料，首先研究了氮化鋁的粒徑對復(fù)合材料熱導(dǎo)率的影響，通過對比A10、A45和A106三種粒徑的氮化鋁發(fā)現(xiàn)，EP/A10復(fù)合材料的導(dǎo)熱效果最差，而EP/A106與EP/A45復(fù)合材料的導(dǎo)熱效果差不多，說明在一定范圍內(nèi)氮化鋁粒徑越大，復(fù)合材料導(dǎo)熱性能越好，當(dāng)粒徑達(dá)到一定值時(shí)，其對復(fù)合材料導(dǎo)熱性能影響不大，與理論計(jì)算結(jié)果一致。其次研究了不同長徑比的填料之間對復(fù)合材料熱導(dǎo)率的協(xié)同效果，將氧化鋁纖維與A10氮化鋁夾