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文檔簡介
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。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)氧樹脂基體中,研究了填料的形狀和取向等因素對復(fù)合材料導(dǎo)熱性能的影響。同時,制備了石墨烯纖維,初步研
2、究了石墨烯纖維/環(huán)氧樹脂復(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、表面改性及級配填充等對復(fù)合材料導(dǎo)熱性能的影響。結(jié)果表明,在填料無取向分布的情況下,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,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,32目石墨填充的復(fù)合材料x-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%的長纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料,當(dāng)輥縫寬度分別為0.5mm和1mm時,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)長纖維完全沿x方向取向時,復(fù)合材料x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)氧樹脂復(fù)合材料,當(dāng)填充量為10wt%時,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),表明實驗制備的石墨烯纖維導(dǎo)熱性能良好,有利于提高環(huán)氧樹脂基
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