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SiC填充PA6导热复合材料的制备和研究

作　者: 步真松
导　师: 赵清香; 马永梅
学　校: 郑州大学
专　业: 材料学
关键词: 尼龙6 碳化硅 复合材料 导热性能 力学性能
分类号: TB332
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


导热材料被广泛应用于各个领域。在电子电器领域,需要采用高导热材料来帮助仪器设备散热,使得器件在适宜的温度下稳定运行,延长其使用寿命；在电机行业中,高导热材料可以有效的改善电机绕组的温升,增大功率输出；化工换热工程中,热交换组件不仅要求所选用材料具有较高的导热性能,还要求其具有很强的耐化学腐蚀性和抗结垢能力。传统应用的金属和陶瓷导热材料已经不能完全满足应用需求,具有良好电绝缘性、耐化学腐蚀性、抗疲劳性、易成型加工等优点的导热高分子材料逐渐受到研究者的广泛关注。本论文选用性能优良的工程塑料尼龙6(PA6)作为复合材料的基体,以四种不同粒径的碳化硅(SiC)作为导热填料,采用双螺杆熔融共混的方法制备了PA6/SiC导热复合材料。研究了PA6/SiC的导热性能、力学性能、熔融结晶性能、热稳定性和流动性,讨论了填料粒径对上述性能的影响。当SiC粒径为微米级别,其含量30%以下时,SiC粒径越小复合材料的热导率越高；SiC填充量较高时,SiC粒径越大复合材料的热导率越大。纳米SiC填充制备的复合材料的导热性能最差。当SiC粒径为50μm,填充量为70%时,复合材料的热导率最大为2.2W/mK,是PA6热导率的4.9倍。制备得到的PA6/SiC复合材料的拉伸强度均高于纯PA6的拉伸强度,当SiC粒径为1μm,填充量为50%时,复合材料的拉伸强度最大,为85.5MPa,较PA6的拉伸强度提高了21.3%。PA6/SiC复合材料的弯曲强度随着SiC含量的增加而增大,断裂伸长率和缺口冲击强度随着SiC含量的增加而降低。PA6/SiC复合材料的流动性随着SiC含量的增加而降低,并且大粒径的SiC对复合材料的流动性降低幅度较大。为了提高PA6/SiC复合材料的导热性能,使用硅烷偶联剂KH-550改善SiC和PA6之间的相互作用。当偶联剂的用量为SiC的2%时,复合材料的综合性能最好,复合材料的热导率、拉伸强度、断裂伸长率和缺口冲击强度分别为1.1W/mK、90.8MPa、11.80%和4.6kJ/m2,分别较不使用偶联剂时提高了15.8%、6.2%、87.0%和68.6%。另外,偶联剂KH-550的加入可以提高复合材料的的热稳定性。本论文中,还制备了70PA6/30HDPE/SiC复合材料,并研究了其相结构、导热性能、力学性能、熔融结晶性能。电镜观察发现：70PA6/30HDPE/SiC复合材料呈海-岛结构,填料SiC选择性的分布在PA6相中；HDPE相作为岛状结构分布在PA6和SiC共同组成的基体中。相同SiC含量下,70PA6/30HDPE/SiC复合材料的热导率和冲击强度较PA6/SiC复合材料有所提高。

全文目录


摘要  4-6
Abstract  6-8
目录  8-10
第一章 绪论  10-27
  1.1 研究背景  10
  1.2 导热高分子复合材料的导热机理  10-13
  1.3 填充型导热高分子复合材料的研究进展  13-21
    1.3.1 填充型聚合物基导热复合材料中常用导热功能填料  14-19
    1.3.2 填充型聚合物基导热复合材料热导率影响因素的研究进展  19-21
  1.4 填充型高分子基导热复合材料热导率模型的研究  21-25
  1.5 本文的研究意义和研究内容  25-27
第二章 PA6/SiC导热复合材料的制备及性能研究  27-54
  2.1 引言  27
  2.2 实验部分  27-31
    2.2.1 试验原料  27-28
    2.2.2 试验仪器及设备  28
    2.2.3 样品制备  28-30
    2.2.4 表征方法  30-31
  2.3 试验结果和讨论  31-52
    2.3.1 导热填料SiC粒径分析和形貌观察  31-33
    2.3.2 PA6/SiC导热复合材料的导热性能  33-34
    2.3.3 PA6/SiC导热复合材料的力学性能  34-38
    2.3.4 PA6/SiC导热复合材料的热稳定性  38-39
    2.3.5 PA6/SiC复合材料熔融结晶行为  39-42
    2.3.6 PA6/SiC复合材料的流动性能  42-44
    2.3.7 偶联剂对PA6/SiC复合材料性能的影响  44-52
  2.4 本章小结  52-54
第三章 PA6/HDPE/SiC导热复合材料的制备和性能研究  54-69
  3.1 引言  54-55
  3.2 实验部分  55-58
    3.2.1 试验原料  55
    3.2.2 实验设备  55-56
    3.2.3 样品制备  56-57
    3.2.4 表征方法  57-58
  3.3 试验结果和讨论  58-67
    3.3.1 相容剂HDPE-g-MAH对PA6/HDPE/SiC导热复合材料相结构的影响  58-59
    3.3.2 70PA6/30HDPE/SiC导热复合材料的导热性能  59-62
    3.3.3 70PA6/30HDPE/SiC导热复合材料的力学性能  62-65
    3.3.4 70PA6/30HDPE/SiC复合材料的结晶和熔融性能  65-67
  3.4 本章小结  67-69
结论  69-71
参考文献  71-77
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果  77-78
致谢  78

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 复合材料 > 非金属复合材料
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