绿色环保型麻纤维增强热固性树脂电子封装材料的研究

论文摘要

在天然植物纤维中，苎麻等麻纤维是一种资源丰富、环保无污染的天然纤维，国内外研究发现通过麻纤维与不同热固性树脂复合并加入无机填料，制成的材料具有密度小、优良的电气绝缘性能、优良的介电性能和原材料环保、便宜且容易加工等特点，这些正是封装材料所必需的特性。本文采用化学共沉淀法制备纳米Sn（OH）4或Al（OH）3颗粒，对苎麻布和苎麻原麻进行不同的处理，采用模压成型法制得四种复合材料：苎麻布/环氧树脂复合材料、原麻/环氧树脂复合材料、苎麻布/不饱和树脂复合材料、原麻/不饱和树脂复合材料，并确定了四种复合材料的成型工艺及最优工艺参数。通过DSC、红外光谱、紫外光谱、TG、扫描电镜、透射电镜、力学测试等分析手段，分析了苎麻纤维、Sn（OH）4和Al（OH）3颗粒的性质，研究了Sn（OH）4或Al（OH）3含量对复合材料的力学性能、热性能、电性能以及阻燃性能的影响。主要结论如下：（1）复合材料的断裂形貌可以从SEM图片看出，其断面结构较平整；复合材料的拉伸强度与粉体的含量和种类有关，且拉伸强度随着粉体含量的增加呈先增加后降低的趋势；其中以苎麻布为增强相的复合材料的拉伸性能比较好最高达到84.32MPa；（2）复合材料的热失重分为三个阶段：室温开始到290℃左右，这段称为干燥脱水阶段，失重率小于3%；第二阶段是从300500℃，发生氢氧化物的脱水反应及苎麻纤维树脂的热解碳化阶段，失重率约80%；5001200℃左右为深度碳化阶段，失重率为10%左右；故复合材料的使用温度应控制在300℃以下；（3）复合材料的介电性能与粉体的含量、比例及比表面积大小有关；介电常数和介电损耗随单一粉体含量的增加呈增大趋势；当总粉体含量相同，粉体比例不同时，介电常数和介电损耗随着Sn（OH）4比例的下降呈降低趋势，且当比例为1:2时介电性能最好，最低介电常数和介电损耗分别达到4.09和0.007；（4） Al（OH）3的热分解温度比Sn（OH）4的较低，能释放出更多的结晶水，受热后能够吸收更多的热量，故Al（OH）3的阻燃效果比较好，且随着含量的增加阻燃效果越好。其中添加14%Al（OH）3的原麻/环氧树脂复合材料阻燃效果最好，达到了FH-1；（5）复合材料的导热系数随着粉体含量的增加呈上升趋势，且掺杂Al（OH）3的复合材料要比掺杂Sn（OH）4复合材料的导热系数要大。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 苎麻纤维简介及改性
• 1.1.1 苎麻纤维简介
• 1.1.2 苎麻纤维的改性
• 1.2 热固性树脂基体简介
• 1.3 纳米粒子简介及制备方法
• 1.3.1 纳米粒子简介
• 1.3.2 纳米粒子的制备方法
• 1.4 电子封装材料简介
• 1.5 课题的背景和意义
• 1.6 当前存在的问题
• 1.7 研究的目的和主要内容
• 2 苎麻纤维的结构与分析
• 2.1 苎麻纤维性能测试方法
• 2.1.1 红外吸收光谱测试方法
• 2.1.2 紫外吸收光谱测试方法
• 2.1.3 热分析测试方法
• 2.1.4 材料微观结构表征（SEM）
• 2.1.5 材料物相组成表征（XRD）
• 2.2 苎麻纤维的测试与分析
• 2.2.1 红外吸收光谱分析
• 2.2.2 紫外吸收光谱分析
• 2.2.3 XRD 结果分析
• 2.2.4 DSC 测试分析
• 2.2.5 TG 结果与分析
• 2.2.6 SEM 结果与分析
• 2.3 本章小结
• 3 纳米氢氧化物的制备与分析
• 3.1 氢氧化物的制备
• 3.1.1 实验试剂与仪器
• 3.1.2 分散剂的选择
• 3.1.3 制备过程
• 3.2 纳米粉体的测试与表征
• 3.2.1 差热分析（DTA）分析
• 3.2.2 比表面积分析
• 3.2.3 材料物相组成表征（XRD）
• 3.2.4 透射电镜（TEM）分析
• 3.3 氢氧化物的测试结果与分析
• 3.3.1 氢氧化物的热失重和差热分析
• 3.3.2 比表面积测试结果与分析
• 3.3.3 XRD 测试结果与分析
• 3.3.4 TEM 测试结果与分析
• 3.4 本章小结
• 4 复合材料的制备
• 4.1 模具设计
• 4.2 成型前的准备
• 4.2.1 苎麻纤维的处理
• 4.2.2 树脂的准备
• 4.3 工作原理
• 4.4 压制工艺
• 4.5 压制过程
• 4.6 试样的制备
• 4.7 正交试验结果
• 4.7.1 苎麻布/环氧树脂复合材料的正交试验测试结果与分析
• 4.7.2 原麻/环氧树脂复合材料的正交试验测试结果与分析
• 4.7.3 苎麻布/不饱和树脂复合材料的正交试验测试结果与分析
• 4.7.4 原麻/不饱和树脂复合材料的正交试验测试结果与分析
• 4.8 本章小结
• 5 复合材料的性能测试结果与分析
• 5.1 复合材料的测试与表征
• 5.1.1 材料力学性能的测试方法
• 5.1.2 材料热失重测试方法
• 5.1.3 材料微观结构表征（SEM）
• 5.1.4 材料导热性的测定
• 5.1.5 材料介电性能测试方法
• 5.2 粉体含量对复合材料的力学性能的影响
• 5.2.1 苎麻布/环氧树脂复合材料力学性能结果与分析
• 5.2.2 原麻/环氧树脂复合材料力学性能结果与分析
• 5.2.3 苎麻布/不饱和树脂复合材料力学性能结果与分析
• 5.2.4 原麻/不饱和树脂复合材料力学性能结果与分析
• 5.3 SEM 结果与分析
• 5.3.1 苎麻布/环氧树脂复合材料 SEM 结果与分析
• 5.3.2 原麻/环氧树脂复合材料 SEM 结果与分析
• 5.3.3 苎麻布/不饱和树脂复合材料 SEM 结果与分析
• 5.3.4 原麻/不饱和树脂复合材料 SEM 结果与分析
• 5.4 热失重结果与分析
• 5.4.1 苎麻布/环氧树脂复合材料的热失重结果与分析
• 5.4.2 原麻/环氧树脂复合材料的热失重结果与分析
• 5.4.3 苎麻布/不饱和树脂复合材料的热失重结果与分析
• 5.4.4 原麻/不饱和树脂复合材料的热失重结果与分析
• 5.5 介电性能测试结果与分析
• 5.5.1 苎麻布/环氧树脂复合材料介电性能测试结果与分析
• 5.5.2 原麻/环氧树脂复合材料介电性能测试结果与分析
• 5.5.3 苎麻布/不饱和树脂复合材料介电性能测试结果与分析
• 5.5.4 原麻/不饱和树脂复合材料介电性能测试结果与分析
• 5.6 阻燃性能测试结果与分析
• 5.7 导热性能测试结果与分析
• 5.8 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 攻读学位期间发表文章与申请专利目录
• 致谢