高导热苯乙烯丙烯酸树脂复合材料制备及导热性能研究

来源 :沈阳化工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:songyc198610712
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激光打印机和复印机工作时会释放大量热量,散热是制约其小型化的关键因素之一。而且墨粉熔融固化时温度较高,会与空气中氧气反应生成臭氧。并且部分墨粉挥发冷凝后形成微小颗粒,墨粉颗粒与臭氧一同吸入人体时会对肺部造成伤害。提高墨粉的导热性能有助于其在定影时快速软化,从而减少有害气体(如臭氧)的排放,并有利于降低打印机和复印机能耗。墨粉主要由苯乙烯丙烯酸树脂(70-80%)、碳黑(10-20%)及其他添加剂组成。其中,苯乙烯丙烯酸树脂和碳黑对墨粉的导热性能起决定性作用。苯乙烯丙烯酸树脂聚合物具有良好的机械性、加工性和化学稳定性,但其导热率较低,将高导热填料加入聚合物可显著提高其导热性能。为此,本文首先通过在苯丙树脂中添加多壁碳纳米管(MWCNTs)和石墨烯以提高苯丙树脂的导热性能。实验结果显示,MWCNTs添加量0.75wt%时,苯丙树脂导热系数为0.1644 W/(m·K),导热性能提升24.26%。将MWCNTs羧基化改性后,羧基改性多壁碳纳米管(MWCNTs-COOH)添加量1.0wt%时,苯丙树脂导热系数为0.1751 W/(m·K),导热性能提高39.86%。MWCNTs-COOH在苯丙树脂中具有较好的分散性,可降低MWCNTs与苯丙树脂间的界面热阻,进而提升苯丙树脂导热性能。在苯丙树脂中添加由MWCNTs-COOH与石墨烯的复合填料(1wt%MWCNTs-COOH与0.75 wt%石墨烯),苯丙树脂导热系数可提高至0.2093W/(m·K),增幅为67.61%。MWCNTs-COOH与石墨烯复合填料在苯丙树脂中形成均匀的分散体系,且CNTs和石墨烯间可形成桥连,使得复合填料在苯丙树脂中形成连通的导热网络,从而进一步提高复合材料导热性能。苯丙树脂中添加氮化硼20.0wt%时,苯丙树脂导热系数增至0.2299W/(m·K),增幅为83.63%。在3wt%氮化硼/苯丙树脂复合材料中添加1.5wt%MWCNTs-COOH和1.0wt%石墨烯时,可使苯乙烯丙烯酸树脂复合材料的导热系数分别提高69.57%和87.14%。氮化硼与CNTs和石墨烯可在苯丙树脂内部构建形成三维连通导热网络,形成有效的传热通道将热量快速导出。此外,通过水热反应制备得到三维泡沫石墨烯,将其加入苯丙树脂中以提高其导热性能。结果表明泡沫石墨烯/苯丙树脂复合材料的导热系数可达0.251W/(m·K),苯丙树脂导热性能提升100.5%。以泡沫石墨烯为骨架的苯丙树脂复合材料可有效阻止聚合物内石墨烯的团聚,从而显著提升苯丙树脂导热性能。
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