酚醛树脂复合材料导热及力学性能研究

摘要

酚醛树脂，一种具有百年悠久历史的聚合物材料，因其化学稳定性、阻燃性和热稳定性十分优秀，而被广泛应用于航空航天、高压电器开关和交通运输等领域，但其很低的热导率(大约0.2W·m-1·K-1)和严重的脆性限制了其应用的场合。本论文主要以微米级高纯氢氧化镁、氮化硼微片和短切纤维（聚酰亚胺短切纤维或短切无碱E玻纤）为填料，热固性酚醛树脂为基体，采用合理的加工工艺制备出不同的导热绝缘复合体系，进而对体系的微观形貌、导热性能、电绝缘性能、阻燃性能、冲击性能、弯曲性能和耐热性能的随着填料含量变化的规律进行探究，具体工作如下:
　　(1)我们以粉末模压工艺制备了氢氧化镁/酚醛树脂两相复合体系，通过研究聚合物/填料微观结构变化与控制复合体系导热性能的主要因素的关系，最后确定氢氧化镁最佳填充量为60wt％，此时复合体系结构致密，没有明显的空隙和气孔等缺陷，其热导率是纯酚醛树脂的6.6倍，力学性能获得改善，电绝缘性、阻燃性和耐热性都很优秀。
　　(2)我们引入1-20wt％的径厚比大、柔性好和化学惰性较大的氮化硼微片作为第二组分，固定填料总量60wt％制备了氢氧化镁/氮化硼/酚醛树脂三相复合体系，在本实验使用的预固化，粉碎和热压的工艺条件下容易串联大量的氢氧化镁颗粒形成局部的导热通路，并随着氮化硼取代量的提高逐渐完善形成一种类似隔离结构的导热网络，其网络之间还掺杂有大量的氢氧化镁颗粒，使得材料整体的导热性能获得跃迁式提高（20wt％氮化硼掺杂体系热导率3.19W·m-1·K-1，大约是纯酚醛树脂的16倍），具有较好的力学性能，电绝缘性、阻燃性能和耐热性仍很出色。
　　(3)我们引入1-20wt％的聚酰亚胺短切纤维作为第二组分掺杂氢氧化镁填料，固定填料总量60wt％制备了氢氧化镁/聚酰亚胺短切纤维/酚醛树脂三相复合体系，借鉴并发展了传统的短纤维预混料模压工艺，在低填充量下获得了较好的力学和导热性能，但随着短切纤维增加，引入较多的弱界面，使得导热和力学性能逐渐下降，而体系的电绝缘性、阻燃性和耐热性仍很好。
　　(4)我们引入1-20wt％的短切无碱E玻纤作为第二组分掺杂氢氧化镁填料，固定填料总量60wt％以短纤维预混料模压工艺制备了氢氧化镁/短切无碱E玻纤/酚醛树脂三相复合体系，随着短切纤维含量的提高，复合体系中除热导率缓慢下降之外，冲击性能显著改善，弯曲性能获得维持并有所提高，且保持了良好的电绝缘性、阻燃性和耐热性。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 氨氧化镁

1．2．1 氢氧化镁阻燃剂简介

1．2．2 氢氧化镁的结构与性能

1．3 酚醛树脂复合材料的研究进展

1．3．1 酚醛树脂的发展

1．3．3 酚醛树脂的合成

1．3．4 酚醛树脂的改性

1．4 导热聚合物材料的研究进展

1．4．1 分类

1．4．2 导热机理及模型

1．4．3 提高聚合物材料导热性能的途径

1．5 导热系数的测试技术简介

1．6 本论文的选题意义和主要研究内容

第二章 氢氧化镁／酚醛树脂复合材料导热及力学性能研究

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验原料

2．2．2 实验设备及测试仪器

2．2．3 实验方法

2．2．4 样品的性能测试及表征方法

2．3 结果与讨论

2．3．1 氢氧化镁／酚醛树脂两相复合体系的制备工艺

2．3．2 氢氧化镁／酚醛树脂两相复合体系的微观形貌

2．3．3 氢氧化镁／酚醛树脂两相复合体系的热传导性能

2．3．4 氢氧化镁／酚醛树脂两相复合体系的电绝缘性能

2．3．5 氢氧化镁／酚醛树脂两相复合体系的阻燃性能

2．3．6 氢氧化镁／酚醛树脂两相复合体系的力学性能

2．3．7 氢氧化镁／酚醛树脂两相复合体系的耐热性能

2．4 本章小结

第三章 氢氧化镁／氮化硼／酚醛树脂复合材料导热及力学性能研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验原料

3．2．2 实验设备及测试仪器

3．2．3 实验方法

3．2．4 样品的性能测试及表征方法

3．3 结果与讨论

3．3．1 氢氧化镁／氮化硼／酚醛树脂三相复合体系的制备工艺

3．3．2 氢氧化镁／氮化硼／酚醛树脂三相复合体系的微观形貌

3．3．3 氢氧化镁／氮化硼／酚醛树脂三相复合体系的热传导性能

3．3．4 氢氧化镁／氮化硼／酚醛树脂三相复合体系的电绝缘性能

3．3．5 氢氧化镁／氮化硼／酚醛树脂三相复合体系的阻燃性能

3．3．6 氢氧化镁／氮化硼／酚醛树脂三相复合体系的力学性能

3．3．7 氢氧化镁／氮化硼／酚醛树脂三相复合体系的耐热性能

3．4 本章小结

第四章 氢氧化镁／短切纤维／酚醛树脂复合材料的导热及力学性能研究

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 实验原料

4．2．2 实验设备及测试仪器

4．2．3 实验方法

4．2．4 样品的性能测试及表征方法

4．3 结果与讨论

4．3．1 氢氧化镁／聚酰亚胺短切纤维／酚醛树脂复合材料的性能研究

4．3．2 氢氧化镁／短切无碱E玻纤／酚醛树脂复合材料的性能研究

4．4 本章小结

第五章 结论

参考文献

致谢

作者和导师简介