纳米AlO/环氧树脂复合导热绝缘胶粘剂的制备与性能研究

摘要

随着电子工业中集成技术和组装技术的发展，电子元器件和逻辑电路的体积趋向小型化，对于粘接和封装材料的导热、绝缘性能的要求越来越高。 本文以无机粒子填充的环氧树脂作为胶粘剂的主体材料，开发导热、绝缘、抗冲击等综合性能优良的粘接材料，用于大型电机的主绝缘以及电子电器的封装。 为提高环氧树脂胶粘剂的导热率，选择了导热性较好的纳米级Al<,2>O<,3>粉体作为导热填料。为了改善填料与粉体的相容性，采用硅烷偶联剂KH.570、KH-590、A-151及异氰酸酯类偶联剂TDI等对填料进行改性探索，并确定了最佳改性工艺。 对环氧树脂复合材料固化物导热率的系统研究表明，填料的种类、粒径以及添加量对环氧树脂的导热率的影响较大，但使用不同种类的偶联剂对填料改性后，对制得的环氧树脂导热率影响不大。各种填料都不同程度提高了环氧树脂的导热率，且在相同添加量的情况下，纳米级填料比微米级填料提高导热率的幅度更大，表现出纳米级填料的优势；当20nm Al<,2>O<,3>填料的添加量达到20％时导热率最大，达到0.4476 W/(m·K)；但是当纳米级填料继续增加时，纳米级填料因发生团聚而使复合材料导热率明显下降，但仍比添加微米级填料的环氧树脂导热率要高。 另外研究了各种填料的加入对复合材料其他性能的影响，不同填料填充改性环氧树脂后，体积电阻率和表面电阻率都是先稍有上升，达到最大值后开始下降，当纳米Al<,2>O<,3>粒子的添加量达到5％时，其体积电阻率和表面电阻率达最大值：添加了用A-151改性的纳米Al<,2>O<,3>粒子后，体系的体积电阻率和表面电阻率最大；冲击实验表明，当加入的纳米级填料较少时，能提高复合材料的冲击性能，当添加量达10％时，冲击强度最好，此后填料增加，冲击强度变差；TG测试说明了纳米填料的加入对环氧树脂的热稳定性没有负面影响；SEM扫描图片也说明当纳米填料添加量较少时，纳米粒子能很好地分散于基体树脂中，对环氧树脂起到了增韧增强作用，而当添加量较多时，纳米粒子就会团聚，且添加量越多，团聚也越严重。

目录

文摘

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声明

第一章绪论

1.1本论文的研究背景

1.2导热绝缘胶粘剂国内外研究状况

1.2.1云母带的组成

1.2.2导热绝缘材料导热机理

1.2.3导热胶粘剂研究现状

1.2.4导热环氧树脂在云母主绝缘中的应用现状

1.3导热云母带国内外研究现状

1.3.1导热云母带国外研究现状

1.3.2导热云母带国内研究现状

1.4纳米Al2O3的性质和用途

1.5对纳米Al2O3改性的必要性

1.6纳米Al2O3表面改性剂

1.7课题的提出及本论文研究路线设计

1.7.1存在的问题

1.7.2影响导热绝缘胶导热率的因素

1.7.3解决的办法

1.8论文的主要研究内容

1.9论文主要创新点

第二章纳米粉体的表面改性研究

2.1试验原料与仪器

2.1.1实验原料和试剂

2.1.2主要设备和仪器

2.2填料的选择

2.3纳米Al2O3粉体表面改性方法

2.4测试和表征

2.5硅烷偶联剂的结构和作用机理

2.6硅烷偶联剂A-151对纳米Al2O3的改性研究

2.6.1硅烷偶联剂A-151的分子结构特点

2.6.2工艺条件对活化指数的影响

2.6.3红外光谱分析

2.6.4粉体表面接触角分析

2.6.5热重分析

2.7硅烷偶联剂KH-570对纳米Al2O3的表面改性研究

2.7.1硅烷偶联剂KH-570的分子结构特点

2.7.2工艺条件对活化指数的影响

2.7.3红外光谱分析

2.8硅烷偶联剂KH-590对纳米Al2O3的表面改性研究

2.8.1硅烷偶联剂KH-590的分子结构特点

2.8.2工艺条件对活化指数的影响

2.8.3红外光谱分析

2.9用TDI对氮化硼和纳米Al2O3粉体进行表面改性

2.9.1 TDI的分子结构特点

2.9.2改性工艺

2.9.3工艺条件对活化指数的影响

2.9.4红外光谱分析

2.10用不同偶联剂改性后的纳米Al2O3粉体的TEM分析

2.11本章小结

第三章纳米Al2O3/环氧树脂导热胶粘剂的制备与测试

3.1原料和设备

3.1.1实验原料和试剂

3.1.2主要实验仪器

3.2固化剂和稀释剂的选择

3.3导热胶的制备

3.4测试和表征

3.5导热与电阻的测试原理

3.5.1导热性能测试原理

3.5.2高阻计测试原理

3.6填料对复合材料导热性能的影响

3.6.1偶联剂种类对复合材料导热性能的影响

3.6.2填料种类对复合材料导热性能的影响

3.7填料对复合材料电性能的影响

3.7.1环氧树脂的电阻

3.7.2填料含量对复合材料电阻的影响

3.8填料对复合材料热稳定性的影响

3.9填料对复合材料冲击性能的影响

3.9.1填料含量对复合材料冲击强度的影响

3.9.2复合材料冲击断面扫描电镜宏观分析

3.9.3复合材料冲击断面扫描电镜微观分析

3.10本章小结

第四章结论

参考文献

作者在攻读硕士学位期间公开发表的论文

致谢