尼龙12和环氧树脂导热复合材料的制备及性能研究

摘要

近年来,随着科学技术的发展,对导热材料的要求越来越高。如在电子电气领域需要所用封装材料既具有导热能力,又要良好的粘结性能和成型加工型。较高热导率的材料伴随着集成技术和组装技术的快速发展变得越来越重要。而传统的导热材料如金属铜易腐蚀,陶瓷易碎等缺点,因而迫切需要开发出高热导率、经济耐用、易加工等综合性能优良的材料。本文分别以碳纤维,石墨烯为导热填料,以尼龙12和环氧树脂为基体制备了填充导热复合材料,并研究导热填料对聚合物性能的影响。
　　首先,采用双辊开炼机将碳纤维填充到尼龙12中制备了碳纤维/尼龙12复合材料。然后详细研究了复合材料的热导率、电阻率、热性能、形貌、力学性能和流变性能随着碳纤维含量变化的影响,结果表明:(1)碳纤维能大幅地提高尼龙12的热导率,且由于纤维的各向异性,在加工成型过程中会沿流动方向取向,导致材料在平行于流动方向的层内导热率以及垂直于流动方向的层间导热率差异很大,当碳纤维的填充体积为47.4％时,复合材料的层间热导率为1.502 W/(m·K),而层内热导率达到3.425 W/(m·K),但复合材料的拉伸强度与纯尼龙12基本相差不大。(2)随着碳纤维的加入,尼龙12的热变形温度逐渐升高,当碳纤维填充量为47.4 vol%时,复合材料的热变形温度升高到131.1℃,耐热性显著提高。(3)碳纤维可作为成核剂,降低尼龙12的结晶温度。但大量碳纤维的填充会造成体系的粘度增加,高分子链段排列困难,结晶不完善,最终导致结晶度降低。(4)碳纤维能大幅地提高尼龙12复合材料的粘度和剪切储存,剪切损耗模量。
　　其次,采用了绿色还原剂多巴胺(DA)对氧化石墨烯(GO)进行了还原和改性制备了多巴胺还原氧化石墨烯(PDA-GO),对 PDA-GO的结构进行了详细的表征, XRD、Raman和UV-vis测试表明PDA-GO呈完全剥离状,且π-π共轭结构已恢复;FT-IR和XPS表征显示 GO已经被还原,且还原的GO表面被氧化的多巴胺所改性。然后将PDA-GO与环氧树脂(EP)进行混合,研究了PDA-GO在环氧树脂中的分散性。同时还研究了PDA-GO对环氧树脂复合材料的固化行为、热导率、机械性能和热稳定性的影响。结果表明:(1)由 TEM照片可以观察到,PDA-GO能够均匀地分散在EP基体。(2)DSC曲线研究发现 PDA-GO/EP固化温度向左偏移,说明 PDA-GO表面丰富的可反应基团可与基体EP发生化学反应,促进了EP的固化,使固化温度降低。(3)随着PDA-GO的加入,提高了复合材料的导热率、动态力学性能以及热稳定性。

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第一章 绪论

1.1 导热机理

1.1.1 金属材料导热机理

1.1.2非金属材料的导热机理

1.1.3绝缘高分子材料的导热机理

1.1.4填充型高分子复合材料的导热机理

1.2导热复合材料的应用

1.2.1抗静电材料

1.2.2燃料电池双极板

1.2.3电子封装材料

1.2.4 换热器

1.2.5 LED封装材料

1.3 导热复合材料的研究进展

1.3.1本征型导热聚合物研究进展

1.3.2 填充性导热聚合物研究进展

1.4 本课题的研究意义及内容

1.4.1 研究意义

1.4.2 课题内容

参考文献

第二章 尼龙12/碳纤维复合材料的制备和性能研究

2.1 引言

2.2 实验部分

2.2.1主要原料

2.2.2 实验仪器及设备

2.2.3试样制备

2.2.4 性能测试及性能指标

2.3 结果与讨论

2.3.1 纤维的长度和长径比

2.3.2 导热性能

2.3.3 导电性能

2.3.4 热性能

2.3.5 力学性能

2.3.6 流变性能

2.4 本章小结

参考文献

第三章 环氧树脂/石墨烯复合材料的制备和性能研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 主要原料

3.2.2 实验仪器及设备

3.2.3 试样制备

3.2.4 性能测试及性能指标傅立叶变换红外光谱(FT-IR)

3.3 结果与讨论

3.3.1 石墨烯的表征

3.3.2 PDA-GO/EP复合材料的表征

3.4 本章小结

参考文献

第四章 全文总结

致谢

攻读硕士期间已发表及准备中的论文和专利