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导热聚苯硫醚复合材料的研究

作　者: 陈元武
导　师: 赵建青
学　校: 华南理工大学
专　业: 材料学
关键词: 聚苯硫醚 GF/Al2O3复配填充 热传导效率 预包覆 Al2O3选择性分布
分类号: TQ320.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


电气电子领域中,高集成度的发展趋势要求材料不仅具有优良的导热性能,还需绝缘、质轻、易加工成型、抗冲击、耐化学腐蚀等,传统的导热材料如金属或无机材料很难满足,而高分子材料在这方面的应用越来越受到关注,特别是具有高强度、低介电常数、低电导率的特种工程塑料如聚苯硫醚（PPS）。但因为是热的不良体,纯PPS不能胜任,采用高导热无机填料共混改性可以提高PPS材料的导热性能。为使用较少导热填料获得相同的导热性能,降低高填充率对材料力学性能和加工性能的影响,本文对玻纤（GF）/氧化铝（Al2O3）复配填充PPS复合材料以及Al2O3填充两相聚合物基体复合材料进行了研究。为改善复合材料的力学性能,本文首先制备了GF/ Al2O3复配增强导热改性PPS复合材料。偏光显微镜观察发现,GF诱导PPS在表面形成致密的横穿晶是其增强效果的关键。以GF代替20%（质量百分数,下同）的PPS加入复合材料中,能使PPS/GF拉伸强度和冲击强度分别达到98.3MPa和56.0J/m,比纯PPS分别提高61.5%和126.3%;使Al2O3含量为37.5%的PPS/GF/Al2O3的拉伸强度和冲击强度最高达到97.2MPa和38.1J/m,比PPS/ Al2O3分别提高了68.3%和60.9%。研究了玻璃纤维（GF）对Al2O3粒子热传导的连接作用和阻碍作用,并采用“差减法”对这两种作用的贡献进行直观的比较。发现这种连接作用只有在Al2O3填充量为44.4%时才占主要作用,有利于提高Al2O3粒子的热传导效率,此时14%GF的加入能使具有相同Al2O3填充量的PPS/ Al2O3的导热率从0.614 W（/K·m）提高到0.743 W（/K·m）。而采用二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）/环氧树脂（EP）共固化能将Al2O3预包覆到GF表面,有助于使填料沿着相互交错的GF分布,形成导热网络而提高复合材料的导热率,但由于在加工过程中并未能很好的保持这种包覆状态,因此提高并不明显。GF和Al2O3用量均为23.08%,为经预包覆处理所制得复合材料的导热率为0.498 W/（K·m）,经预包覆处理后填充所制得复合材料的导热率则提高到了0.541 W/（K·m）。本文采用有限元分析软件ABAQUS模拟了填料不同分布情况下复合材料导热性能的差异。制备了50%填充PPS/ Al2O3、PPS/PS/ Al2O3和PPS/UHMWPE/ Al2O3复合材料,通过SEM观察发现PPS/UHMWPE/ Al2O3复合材料中,填料选择性分布在连续的PPS相中,能使得其在该相的实际填充率明显高于宏观上的填充率,从而形成双重逾渗结构,达到0.788W/（K·m）,明显高于填料均相分布的PPS/ Al2O3和PPS/PS/ Al2O3的0.661 W/（K·m）和0.581 W/（K·m）;能否形成这种选择性分布受聚合物之间相容性、粘度差异和极性决定,聚合物之间较差的相容性有利于形成填料的选择性分布,且填料优先分布在粘度低而极性大的聚合物相中,对该相聚合物的玻璃化温度,结晶性能等产生明显的影响。

全文目录


摘要  5-7
Abstract  7-11
第一章 绪论  11-25
  1.1 研究背景  11-12
  1.2 聚苯硫醚的结构和性能概述  12-14
  1.3 导热聚合物研究概述  14-23
    1.3.1 填充型导热聚合物的导热机理  14-16
    1.3.2 填充型导热聚合物的导热理论模型  16-18
    1.3.3 填充型导热聚合物的研究进展  18-23
  1.4 本论文的研究目的和内容  23-25
    1.4.1 填充型导热聚合物研究中存在的问题  23
    1.4.2 本课题研究目的和内容  23-25
第二章 氧化铝/玻纤复配填充PPS 复合材料的研究  25-49
  2.1 前言  25
  2.2 实验部分  25-28
    2.2.1 主要原料  25
    2.2.2 实验设备  25-26
    2.2.3 试样制备  26-27
    2.2.4 测试与表征  27-28
  2.3 结果与讨论  28-48
    2.3.1 A1_2O_3 填充PPS 导热复合材料  28-33
    2.3.2 A1_2O_3/GF 复合填充PPS 导热复合材料  33-40
    2.3.3 A1_2O_3-c-GF 填充PPS 复合材料  40-48
  2.4 本章小结  48-49
第三章 氧化铝填充两相聚合物复合材料的研究  49-68
  3.1 前言  49
  3.2 实验部分  49-51
    3.2.1 主要原料  49
    3.2.2 实验设备  49-50
    3.2.3 试样制备  50
    3.2.4 测试与表征  50-51
  3.3 结果与讨论  51-66
    3.3.1 A1_2O_3 填充两相聚合物复合材料导热性能分析  51-53
    3.3.2 影响填料分布的因素分析  53-61
    3.3.3 导热绝缘复合材料的有限元模型分析  61-66
  3.4 本章小结  66-68
结论  68-69
参考文献  69-74
攻读硕士学位期间取得的研究成果  74-75
致谢  75-76
附件  76

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中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 合成树脂与塑料工业 > 一般性问题 > 产品及检验
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