聚丁烯（PB）-石墨導(dǎo)熱復(fù)合材料的研究.pdf

1、聚丁烯(PB)具有優(yōu)良的耐沖擊性、耐應(yīng)力開(kāi)裂性、出色的耐蠕變性和加工性能，廣泛應(yīng)用于熱水供暖和建筑物管道等領(lǐng)域。但其導(dǎo)熱系數(shù)只有0.23W/(m·K)，限制了其作為導(dǎo)熱材料的使用。因此，用石墨填充PB制備PB/石墨導(dǎo)熱復(fù)合材料具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。 本文以石墨為導(dǎo)熱助劑，利用熔融法制備了PB/石墨導(dǎo)熱復(fù)合材料。研究了石墨及其表面處理、偶聯(lián)劑、彈性體以及PB/石墨復(fù)合材料晶型轉(zhuǎn)變對(duì)PB/石墨復(fù)合材料力學(xué)性能的影響；利用示差掃描

2、量熱分析儀(DSC)、X射線衍射儀(XRD)和偏光顯微鏡等研究了PB/石墨復(fù)合材料等溫結(jié)晶、非等溫結(jié)晶動(dòng)力學(xué)和晶型轉(zhuǎn)變過(guò)程；利用激光導(dǎo)熱儀測(cè)試了PB/石墨復(fù)合材料的熱擴(kuò)散系數(shù)，研究了石墨粒徑和含量對(duì)PB/石墨復(fù)合材料熱導(dǎo)率的影響，并用Y.Agri等導(dǎo)熱方程對(duì)PB/石墨復(fù)合材料的熱導(dǎo)率進(jìn)行擬合；最后研究了PB/石墨復(fù)合材料的流變性能，為制備PB/石墨導(dǎo)熱復(fù)合材料的工藝提供理論指導(dǎo)。 研究結(jié)果表明，鈦酸酯NDZ-101對(duì)石墨的表面處

3、理效果最好，當(dāng)石墨含量大約為40wt％，EPDM-g-MAH含量為8wt％時(shí)，PB/石墨復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度為27MPa，抗彎強(qiáng)度約為19MPa，具有較好的綜合力學(xué)性能；對(duì)石墨含量為15wt％的PB/石墨復(fù)合材料在不同的結(jié)晶時(shí)間下的力學(xué)性能研究表明，當(dāng)結(jié)晶時(shí)間小于40h時(shí)，PB/石墨復(fù)合材料隨著結(jié)晶時(shí)間的增加，拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度都呈明顯的上升趨勢(shì)，其中拉伸強(qiáng)度最大可達(dá)到25MPa左右，彎曲強(qiáng)度最大為17MPa左右。而當(dāng)結(jié)晶時(shí)間在40h后，

4、復(fù)合材料綜合力學(xué)性能的變化趨于平緩。利用Jeziomv法和Liu法分析了PB及PB/石墨復(fù)合材料的非等溫結(jié)晶動(dòng)力學(xué)。研究表明，當(dāng)石墨含量較低(小于15wt％)時(shí)，石墨在PB的結(jié)晶過(guò)程中起到異相成核的作用，能夠促進(jìn)體系的結(jié)晶；但當(dāng)石墨含量過(guò)高(大于15wt％)時(shí)，石墨的加入?yún)s阻礙了體系的結(jié)晶，從而降低體系的結(jié)晶速率，導(dǎo)致了PB/石墨復(fù)合材料的結(jié)晶度下降；隨著結(jié)晶時(shí)間的增加，PB和PB/石墨復(fù)合材料晶型結(jié)構(gòu)從晶型Ⅱ向晶型Ⅰ轉(zhuǎn)變。當(dāng)結(jié)晶時(shí)間為

5、24h后，復(fù)合材料中晶型Ⅱ結(jié)構(gòu)完全轉(zhuǎn)變?yōu)榫廷窠Y(jié)構(gòu)，而且PB/石墨復(fù)合材料中晶型轉(zhuǎn)變的速率比PB快。 隨著石墨含量增加，PB/石墨復(fù)合材料的熱導(dǎo)率增加。當(dāng)復(fù)合材料含85wt％平均粒徑為5μm石墨時(shí)，材料熱導(dǎo)率可達(dá)3,9W/(m·K)；同時(shí)采用Maxwell-EucKen、Cheng-Vochon和Y.Agri等模型對(duì)PB/石墨復(fù)合材料的熱導(dǎo)率進(jìn)行擬合，得到PB/石墨復(fù)合材料的熱導(dǎo)率與石墨體積含量之間有以下一階指數(shù)增長(zhǎng)關(guān)系：λ=-