超高分子聚乙烯復合材料的制備與導熱性能研究.pdf

1、聚合物材料因質(zhì)量輕、價格低廉而應用廣泛，然而熱絕緣性限制了其在微電子領域的應用，如何提高聚合物材料導熱性能已成為該領域的研究熱點。提高聚合物導熱性能較普遍的方案就是通過粉末共混法將導熱粒子添加到聚合物基體中，導熱粒子包覆聚合物形成隔離結(jié)構(gòu)，這種導熱網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)方便聲子傳輸，使其快速散熱。但是，導熱粒子和聚合物基體之間的界面張力大，難以有效結(jié)合，兩相界面缺陷多，不利于提高聚合物熱導率。填料的幾何形態(tài)及其在基體中的分散狀態(tài)對界面結(jié)構(gòu)有顯著影響，

2、另外混合型導熱粒子間存在協(xié)同效應，能夠在聚合物基體中形成具有隔離結(jié)構(gòu)的導熱通路，可有效減小界面熱阻。為此本文研究了不同形貌導熱粒子、混雜型導熱粒子、導熱復合材料制備工藝等對UHMWPE導熱性能、熱穩(wěn)定性影響。主要內(nèi)容及研究結(jié)果如下：
　　通過粉末共混-熱壓法成功制備了具有隔離結(jié)構(gòu)的氮化硼/超高分子量聚乙烯（BN/UHMWPE）、氮化鋁/超高分子量聚乙烯（A1N/UHMWPE）、（氮化硼+碳納米管）/超高分子量聚乙烯（（BN+MWC

3、NT）/UHMWPE）三種復合材料。導熱性能研究顯示，復合材料熱導率隨著填料含量增加而增加，當填料含量為50wt％時，熱導率（BN+MWCNT）/UHMWPE＞BN/UHMWPE＞A1N/UHMWPE，其中（BN+MWCNT）/UHMWPE熱導率可達1.505Wm-1K-1，較單一填料BN/UHMWPE熱導率提高了64%，表明BN、MWCNT二者間協(xié)同效應有助于提高UHMWPE導熱性能。掃描電子電鏡（SEM）、光學顯微鏡（OM）、原子粒

4、顯微鏡（AFM）研究表明BN片與MWCNT糾纏一起，較純BN、A1N復合材料內(nèi)部導熱網(wǎng)絡更為致密，說明不同類型導熱填料構(gòu)成的導熱網(wǎng)絡以及其邊界處界面不同，從而影響界面熱阻，進而影響復合材料熱導率。熱失重（TGA）分析表明BN+MWCNT對復合材料的熱穩(wěn)定性影響并不明顯，這是由于導熱通路形成使基體內(nèi)部所產(chǎn)生的熱量可以快速散去。片狀BN與管狀MWCNT之間的協(xié)同作用能夠有效提高復合材料的熱導率。
　　此外，對不同溫度、壓力模壓成型工藝

5、所制備的BN/UHMWPE、（BN+MWCNT）/UHMWPE的微觀結(jié)構(gòu)、導熱性能進行了研究。OM、SEM研究表明不同工藝影響著填料在基體中分散狀態(tài)，其中冷壓-煅燒工藝所制備的復合材料內(nèi)部導熱網(wǎng)絡最為密集，但是這種網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)在高溫高壓的處理條件下會被破壞，所以高溫高壓工藝所制備的復合材料的導熱性能發(fā)生下降。然而在（BN+MWCNT）/UHMWPE復合材料中，1D-MWCNT與2D-BN糾纏一起形成了MWCNT-BN導熱網(wǎng)絡，這種網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)因