片狀和纖維狀碳材料填充的導(dǎo)熱復(fù)合材料的制備與研究.pdf

1、隨著微電子工業(yè)的高速發(fā)展，電子元器件和電子設(shè)備日趨小型化、集成化和高密度化，散熱問(wèn)題成為限制其發(fā)展的瓶頸。高分子復(fù)合材料具有良好的可加工性、化學(xué)穩(wěn)定性和粘接性，在電子工業(yè)中發(fā)揮了重要的作用。因此，開(kāi)發(fā)綜合性能優(yōu)異的高分子導(dǎo)熱復(fù)合材料成為了目前的研究熱點(diǎn)。本論文以制備高導(dǎo)熱的高分子復(fù)合材料為目的，分別以天然鱗片石墨和瀝青基碳纖維為填料填充到環(huán)氧樹(shù)脂基體中，研究了填料的形狀和取向等因素對(duì)復(fù)合材料導(dǎo)熱性能的影響。同時(shí)，制備了石墨烯纖維，初步研

2、究了石墨烯纖維/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能。
　　分別以天然鱗片石墨和瀝青基碳纖維為填料，采用澆注工藝制備復(fù)合材料，考察了填料質(zhì)量分?jǐn)?shù)、粒徑、表面改性及級(jí)配填充等對(duì)復(fù)合材料導(dǎo)熱性能的影響。結(jié)果表明，在填料無(wú)取向分布的情況下，復(fù)合材料的熱導(dǎo)率隨填料質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大而增大；填料質(zhì)量分?jǐn)?shù)相同時(shí)，復(fù)合材料的熱導(dǎo)率隨填料粒徑的增大而增大。填料表面改性以及除氣泡工藝的優(yōu)化，可在一定程度上提高復(fù)合材料的熱導(dǎo)率，而填料級(jí)配提高復(fù)合材料熱導(dǎo)率的效果不

3、明顯。
　　輥壓成型工藝可以使填料在基體中取向排列，形成熱導(dǎo)率各向異性的復(fù)合材料，輥縫寬度越小，填料的取向程度越高，復(fù)合材料熱導(dǎo)率的各向異性程度越高。采用輥壓成型工藝制備了復(fù)合材料，當(dāng)填充量為50wt％時(shí)，32目石墨填充的復(fù)合材料x(chóng)-y平面的熱導(dǎo)率高達(dá)11.52W/(m·K)，是其z方向熱導(dǎo)率的13.6倍。填充量為50wt%的長(zhǎng)纖維/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料，當(dāng)輥縫寬度分別為0.5mm和1mm時(shí)，其x-y平面熱導(dǎo)率分別是其z方向熱導(dǎo)率的6

4、.3倍和2.3倍。當(dāng)長(zhǎng)纖維完全沿x方向取向時(shí)，復(fù)合材料x(chóng)方向的熱導(dǎo)率高達(dá)151.8 W/(m·K)，是其z方向熱導(dǎo)率（0.85W/(m·K)）的178.6倍。
　　利用改進(jìn)的Hummers法和超聲剝離手段制備了氧化石墨烯溶膠，采用濕法紡絲工藝制備氧化石墨烯纖維，最終通過(guò)化學(xué)還原得到石墨烯纖維。研究了紡絲液濃度、凝固浴、還原和干燥條件對(duì)纖維力學(xué)性能的影響，確定了最佳工藝參數(shù)：紡絲液濃度為15mg/mL，凝固浴采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的氯

5、化鈣的水/乙醇（體積比為3:1）溶液；以80mg/mL的抗壞血酸溶液作為還原劑，還原溫度為80℃、時(shí)間為6h；使纖維在受到束縛的條件下在100℃的真空干燥箱中干燥12h。采用澆注成型工藝制備了石墨烯纖維/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料，當(dāng)填充量為10wt%時(shí)，其室溫?zé)釋?dǎo)率為0.52W/(m·K)；而輥壓成型制備的石墨烯纖維復(fù)合材料（20wt%）的x-y平面內(nèi)室溫?zé)釋?dǎo)率為1.66W/(m·K)，表明實(shí)驗(yàn)制備的石墨烯纖維導(dǎo)熱性能良好，有利于提高環(huán)氧樹(shù)脂基