机械球磨法制备PVC/石墨/MgO导热复合板材及其性能研究

摘要

PVC广泛使用于化工生产、设备制造、电子产品等领域，具有生产量大、综合性能好等优点。但PVC导热性能极差，若能提高PVC的导热性能，将其用来替代贵重金属和其他导热材料，使用在各个领域，其工业价值非常可观。本课题采用机械球磨法将PVC与添加剂(石墨、MgO)混均，以平板硫化机热压成型后，测定其导热性能。实验分别考察了PVC/MgO、PVC/石墨及PVC/石墨/MgO导热复合板材的最优制备工艺及其性能，主要研究内容和结果如下:
　　(1)通过单因素实验和正交试验，确定了PVC/MgO导热复合板材的最优工艺条件:MgO含量30％wt，机械球磨时间50min，机械球磨转速150r·min-1，热压温度160℃，热压时间10min，热压压强5MPa。该条件下制备的板材热导率为0.7416W·m-1·K-1是纯PVC的热导率的5.30倍。是相同含量未经球磨的板材热导率0.2798W·m-1·K-1的2.65倍。
　　(2)通过单因素实验和正交试验，确定了PVC/石墨导热复合板材的最优工艺条件:石墨含量35％wt，机械球磨时间80min，机械球磨转速150r·min-1，热压温度165℃，热压时间15min，热压压强5MPa。该条件下制备的板材的热导率为0.8502W·m-1·K-1是纯PVC的热导率的6.07倍。是相同含量未经球磨的板材热导率0.3016W·m-1·K-1的2.82倍。
　　(3)通过单因素实验和正交试验，确定了PVC/石墨/MgO导热复合板材的最优工艺条件:石墨含量20％wt，MgO含量15％wt，机械球磨时间80min，机械球磨转速150r·min-1，热压温度155℃，热压时间为20min，热压压强5MPa。该条件下制备的热导率可达0.8889W·m-1·K-1，是纯PVC板材的6.34倍;是相同含量未经球磨的板材热导率0.3058W·m-1·K-1的近3倍。在制备的三种导热复合板材中，PVC/石墨/MgO板材的导热性能最佳。
　　(4)SEM扫描电镜的结果表明，机械球磨能使添加剂的包裹和成链作用明显体现，并能有效提高导热网链的数量，从而提高复合板材的导热性能。
　　(5)复合板材力学性能的检测结果为:PVC/MgO导热复合板材的拉伸强度为48.73MPa，弯曲强度为49.80MPa。PVC/石墨复合板材的拉伸强度为39.21MPa，弯曲强度为53.21MPa。PVC/石墨/MgO导热复合板材的拉伸强度为47.39MPa，弯曲强度为51.98MPa，拉伸强度较PVC/石墨板材高出8MPa左右，弯曲强度较PVC/MgO板材高出2MPa左右。这表明虽然复合板材的力学性能比纯PVC有所下降，但仍符合工业要求，并且在制备的三种板材中PVC/石墨/MgO导热复合板材综合了PVC/石墨导热复合板材和PVC/MgO导热复合板材的性能优点，力学性能优异。
　　(6)经过机械球磨后，纯PVC的软化点和热分解温度分别从原来的82.81℃和287.61℃降低到80.73℃和281.4℃，而所制备的复合板材的软化点和热分解温度与纯PVC相比有大幅度提高，其中PVC/石墨/MgO复合板材热性能最佳，软化点可达88.60℃比纯PVC高出6℃，热分解温度可达305.59℃，比纯PVC高出18℃。该结果验证了在机械球磨的作用下MgO和石墨共同作用，从而使复合板材具有较高的软化温度和较好的耐热性，较大地拓宽了PVC高分子材料的工业使用范围。

目录

声明

摘要

第一章 前言

1．1．1 PVC的性质

1．1．2 PVC导热材料

1．2 导热添加剂的特点

1．2．1 石墨作为导热填料的特点

1．2．2 MgO作为导热填料的特点

1．3 高分子聚合物导热理论

1．3．1 导热高分子聚合物的导热机理

1．3．2 导热高分子聚合物的结构特征

1．3．3 导热高分子材料导热理论模型

1．4 机械球磨法在制备导热材料方面的应用

1．5 课题的目的和意义

1．6 课题研究内容和创新点

第二章 实验原理与方法

2．1 实验原理

2．2 实验仪器及材料

2．3 实验工艺流程

第三章 PVC／MgO导热复合板材的工艺优化

3．1 各条件因素对PVC／MgO导热复合板材导热性能的影响

3．1．1 热压时间对导热性能的影响

3．1．2 热压温度对导热性能的影响

3．1．3 热压压强对导热性能的影响

3．1．4 机械球磨转速对导热性能的影响

3．1．5 机械球磨时间对导热性能的影响

3．1．6 MgO添加含量对导热性能的影响

3．2 正交试验优化PVC／MgO导热复合板材制备工艺

3．2．1 正交试验设计

3．2．2 正交试验结果分析

3．2．3 验证实验

3．3 本章小结

第四章 PVC／石墨导热复合板材的工艺优化

4．1 各条件因素对PVC／石墨导热复合板材导热性能的影响

4．1．1 热压时间对导热’眭能的影响

4．1．2 热压温度对导热性能的影响

4．1．3 热压压强对导热性能的影响

4．1．4 机械球磨转速对导热性能的影响

4．1．5 机械球磨时间对导热性能的影响

4．1．6 石墨添加含量对导热性能的影响

4．2 正交试验优化PVC／石墨导热复合板材制备工艺

4．2．1 正交试验设计

4．2．2 正交试验结果分析

4．2．3 验证实验

4．3 本章小结

第五章 PVC／石墨／MgO导热复合板材的工艺优化

5．1．1 热压时间对导热性能的影响

5．1．2 热压温度对导热性能的影响

5．1．3 热压压强对导热性能的影响

5．1．4 机械球磨转速对导热性能的影响

5．1．5 机械球磨时间对导热性能的影响

5．1．6 复配MgO含量对导热性能的影响

5．1．7 复配石墨含量对导热-眭能的影响

5．2 正交试验优化PVC／石墨／MgO导热复合板材制备工艺

5．2．1 正交试验设计

5．2．2 正交试验结果分析

5．2．3 验证实验

5．3 本章小结

第六章 复合板材的导热性能对比及其性能研究

6．1 复合板材导热性能对比

6．2 复合板材SEM扫描电镜分析

6．2．1 机械球磨前后的PVC原料SEM扫描电镜分析

6．2．2 机械球磨前后PVC／MgO复合材料和板材的扫描电镜分析

6．2．3 机械球磨前后PVC／石墨复合材料和板材的扫描电镜分析

6．2．4 球磨前后PVC／石墨／MgO复合材料与板材的扫描电镜分析

6．3 复合板材的力学性能检测与分析

6．4 复合板材的热性能检测与分析

6．4．1 复合板材的DSC检测分析

6．4．2 复合板材的TGA检测分析

7．1 结论

7．2 展望

参考文献

附录

致谢

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