導電-導熱聚合物基復合材料的制備與性能研究.pdf

1、隨著科技的快速發(fā)展，聚合物基功能復合材料的應用越來越廣泛，如何制備性能優(yōu)異的高分子復合材料成為研究的熱點。聚合物基導電/導熱復合材料是將導電/導熱填料填充在聚合物基體中所制備的，能夠應用于很多的電子電器產(chǎn)品中。為了達到所需要的導電或?qū)嵝阅埽ǔＰ枰砑虞^高含量的填料，這不僅增加復合材料加工成型的難度，同時還會損害材料的力學性能。大多數(shù)的導電或?qū)崽盍隙际莿傂粤Ｗ樱募尤霑蟠蠼档蛷秃喜牧系捻g性，使材料變得很脆。因此，如何降低復合材料

2、的填料含量且保持優(yōu)異的導電/導熱性能成為一個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)為導電填料制備了PA12/MWNT導電納米復合材料，研究了兩相復合材料的電學、動態(tài)力學和熱穩(wěn)定性能。結果表明，MWNTs的加入極大的提高了復合材料的導電性能，兩相復合材料的滲流閾值為1.45 wt％，同時復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。為了進一步

3、提高復合材料的導電性能，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三相復合材料，體系的導電滲流閾值降低至0.63 wt％。同時還研究了碳納米管含量不同時，PA12、MWNTs、 POE-g-MA三種組分的加工順序?qū)秃喜牧蠈щ娦阅艿挠绊?，當MWNTs含量為2 wt％時，體系導電網(wǎng)絡較不完善，加工順序的改變對材料的導電性影響較大;當MWNTs含量增加至4 wt％時，體系中導電網(wǎng)

4、絡形成比較完善，加工順序不太影響復合材料的導電性能。
　　 2、首先采用高溫熱還原法制備了石墨烯，通過紅外、TEM和XRD結果發(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/石墨烯導電納米復合材料，石墨烯在PA12中分散非常均勻，能夠有效的提高復合材料的電導率，PA12/石墨烯兩相納米復合材料的滲流閾值僅為0.3 vol％，同時也提高了復合材料的動態(tài)力學性能和熱穩(wěn)定性能。當加入第二相聚合物POE-g

5、-MA后，改變?nèi)N組分的加工順序，能夠進一步提高復合材料的導電性能。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PA12與石墨烯先共混后再與POE-g-MA共混時，石墨烯分散在PA12基體中，此時復合材料的儲能模量和導電性能最高。
　　 3、采用簡單的溶液共混制備了高導熱酚醛樹脂復合材料，首先研究了石墨粒徑的大小對復合材料熱導率與電導率的影響，發(fā)現(xiàn)粒徑越大復合材料的熱導率與電導率越高。同時對比

6、了復合材料的垂直熱導率與水平熱導率，隨著石墨含量的增加，水平熱導率與垂直熱導率差別越來越大，說明石墨面內(nèi)方向的熱導率比層間熱導率要大。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，進一步地提高了復合材料的熱導率和彎曲性能。但是，碳管在高含量下?lián)p害了復合材料的熱導率和彎曲性能，從SEM圖片可知，碳管在高含量下容易團聚而碳纖維卻不會。
　　 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絕緣導熱復合材料，首先研究了氮化鋁的粒徑對復合材料熱導率的影響，通過對比A10、A45和A106三種粒徑的氮化鋁發(fā)現(xiàn)，EP/A10復合材料的導熱效果最差，而EP/A106與EP/A45復合材料的導熱效果差不多，說明在一定范圍內(nèi)氮化鋁粒徑越大，復合材料導熱性能越好，當粒徑達到一定值時，其對復合材料導熱性能影響不大，與理論計算結果一致。其次研究了不同長徑比的填料之間對復合材料熱導率的協(xié)同效果，將氧化鋁纖維與A10氮化鋁夾