导热绝缘高分子复合材料的研究与制备

论文摘要

导热高分子材料具有良好的导热性和优异的绝缘性,对于提高高频电子元器件的散热、精度及延长寿命具有愈来愈重要的作用。本文主要以线性低密度聚乙烯（LLDPE）为基体材料,三种不同粒径的碳化硅（SiC）和氧化铝（Al203）无机粒子为导热填料,采用粉末混合法和热压成型法制备出性能优良的导热绝缘复合材料。借助于高分子材料导热率、热阻测试仪器、X射线衍射仪（XRD）、热重分析（TGA）、扫描电镜（SEM）及力学性能测试等分析手段详细研究了填料种类、含量、粒径、表面处理、制备工艺、结晶度及微观结构等因素对复合材料导热性能、力学性能、热稳定性能、介电性能的影响。首先进行了单组分导热填料对LLDPE性能的影响研究,结果发现,导热填料SiC或Al203的加入能有效改善LLDPE基复合材料的导热性能。复合材料的导热率随填料含量的增加而增大,但体积和表电阻率却随填料含量增加有微量下降,介电常数和介电损耗也有所增大,当SiC和Al203的含量均为50wt.%时,SiC/LLDPE和Al2O3/LLDPE复合材料的热导率由0.32W／m-k分别提高到0.98W/m·k,0.88W/m·k。虽然体积和表电阻率增大,但仍维持在电绝缘和低介电常数范围内。此外,填料粒子的加入降低了材料的力学性能,但提高了复合材料的热稳定性。使用适量的硅烷偶联剂KH-550处理SiC粒子表面,提高了填料粒子和LLDPE颗粒间的相容性,减小了体系内空隙,使热导率升高。其次对二元混杂粒径SiC/LLDPE及SiC/Al2O3/LLDPE复合材料的导热性能、力学性能及电性能进行了重点研究。研究发现,混合填料可以明显提高材料的导热率,并且,在混合填料总量一定的情况下,改变混合填料的配比可以得到综合性能较优的导热高分子材料。最后,应用Maxwell、Agari.Y和Cheng-Vochen对SiC/LLDPE体系的热导率进行了预测,结果表明Agari.Y方程能较好的预测SiC／LLDPE体系的热导率。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1.绪论
• 1.1 导热绝缘高分子材料的发展需求
• 1.2 导热绝缘聚合物的研究
• 1.2.1 本体导热绝缘聚合物的研究
• 1.2.2 填充型导热绝缘聚合物的研究
• 1.3 物质导热机理
• 1.3.1 填料的导热特性
• 1.3.2 填充型高分子材料的导热特性
• 1.4 导热理论模型
• 1.4.1 单一填料填充体系的理论模型
• 1.4.2 复合填料填充体系的理论模型
• 1.5 本课题的提出及研究内容
• 1.5.1 主要工作
• 1.5.2 课题难点和关键问题
• 2.单组分导热填料对LLDPE基复合材料的制备与性能研究
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 实验原料
• 2.1.2 实验设备与仪器
• 2.1.3 实验过程
• 2.1.4 性能测试
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 填料对LLDPE基复合材料导热性能的影响研究
• 2.2.2 填料对复合材料力学性能影响研究
• 2.2.3 填料对复合材料电性能的影响研究
• 2.2.4 填料对复合材料热稳定性能的影响研究
• 2.2.5 复合材料断面电镜分析
• 2.3 小结
• 3.二元混杂粒径SIC/LLDPE复合材料的制备与性能研究
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 实验原料
• 3.1.2 实验设备与仪器
• 3.1.3 实验过程
• 3.1.4 性能测试
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 不同粒径SiC填充LLDPE导热性能研究
• 3.2.2 不同粒径SiC填充LLDPE力学性能研究
• 3.2.3 不同粒径SiC填充LLDPE电性能研究
• 3.2.4 不同粒径SiC填充LLDPE断面电镜分析
• 3.3 小结
• 2O₃/LLDPE复合材料的制备与性能研究'>4.SIC/AL₂O₃/LLDPE复合材料的制备与性能研究
• 4.1 实验部分
• 4.1.1 实验原料
• 4.1.2 实验设备与仪器
• 4.1.3 实验过程
• 4.1.4 性能测试
• 4.2 结果与讨论
• 2O₃/LLDPE复合材料导热性能研究'>4.2.1 SiC/Al₂O₃/LLDPE复合材料导热性能研究
• 2O₃/LLDPE复合材料力学性能研究'>4.2.2 SiC/Al₂O₃/LLDPE复合材料力学性能研究
• 2O₃/LLDPE复合材料电性能研究'>4.2.3 SiC/Al₂O₃/LLDPE复合材料电性能研究
• 2O₃/LLDPE复合材料断面电镜分析'>4.2.4 SiC/Al₂O₃/LLDPE复合材料断面电镜分析
• 4.3 小结
• 5.高分子材料导热率影响因素分析
• 5.1 填料种类对复合材料热导率的影响
• 5.2 填料表面处理对LLDPE导热性能的影响
• 5.3 填料粒径对复合材料热导率的影响研究
• 5.4 成型工艺对复合材料导热性能的研究
• 5.5 结晶度对高分子材料导热性能的影响
• 5.5.1 填料对基体材料结晶度的影响
• 5.5.2 结晶度对热导率影响的理论分析
• 5.6 填充型导热复合材料两相体系导热模型的验证
• 5.7 小结
• 6.结论
• 致谢
• 参考文献
• 在校期间发表论文