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本文首先研究了高导热聚合物基复合材料的制备方法和过程,并分别研制出以聚丙烯(PP)和聚四氟乙烯(PTFE)为基体的高导热复合材料;然后运用逾渗理论,提出了填充型导热聚合物基复合材料的导热模型并建立了逾渗热导率方程。采用导热性高的无机填料或金属粉末填充聚合物材料可以明显提高其导热性能。用石墨填充PP 可以提高PP 改性材料的热导率。实验结果表明,随着石墨添加量的增加,石墨/PP 改性材料的热导率初始变化缓慢;当添加量达到某一临界值时,热导率迅速增加。当石墨质量百分含量为55%(体积含量为44%)时,石墨/PP 改性材料的热导率达到1.29W/(m·K),是纯聚丙烯树脂的6 倍多。用金属铝粉填充PP,同样也能够改善PP 材料的导热性能,当铝粉的质量分数为55%(体积分数为28.9%)时,铝粉/PP 改性材料的热导率达到1.02 W/ (m·K),是纯PP 的5 倍多。本文采用模压成型的方法制备出石墨/PTFE 改性材料。用扫描电镜(SEM)观察石墨在PTFE 基体中的分布状态,结果发现,石墨在PTFE 基体中相对均匀分布,而且随着石墨含量的增加,片状石墨之间相互搭接几率越来越大。当石墨质量分数为小于10%(体积分数小于15%)时,石墨作为分散相,PTFE 为连续相,总体呈“海岛结构”;而当石墨含量超过10%时,有部分石墨片开始互相搭接,局部石墨导热链已形成;含量超过40%时,石墨片之间搭接程度提高,开始形成导热网络链。用导热仪对石墨/PTFE 改性材料进行测试,发现当石墨质量分数小于10%时,改性材料的热导率随石墨的增加而线性增加,但增加幅度不是很大,而当石墨含量超过10%时,材料的热导率随石墨含量的提高而大幅度的增加。这与石墨在PTFE 基体中的分布情况有关。当石墨质量分数为30%时,石墨/PTFE 改性材料的热导率达到1.2W/(m·k),是纯PTFE 的5 倍多,但其拉伸强度为13.2MPa,难以满足实际应用要求。本文采用经表面处理的连续碳纤维与石墨/PTFE(质量比为30/70)改性材料进行复合,结果表明,用少量的碳纤维及其在基体中的合理布置,能够明显提高高导热聚合物改性材料的力学性能。当碳纤维的质量分数为3%时,复合材料的拉伸强<WP=4>II度达到53.9MPa,比石墨/PTFE 改性材料提高3 倍多,达到设计要求,能够满足实际使用要求。当碳纤维含量为6.2%时,强度达到86.6MPa;含量为9.2%时,强度达到119.9MPa,远远超过实际所需的力学要求。本文对几种典型的填充型导热复合材料热导率方程和实验值进行了比较:描述平行板式相分布复合材料热导率公式并不适用于石墨/PTFE 复合材料;Maxwell 方程仅适用于石墨含量较低时;对于高填充情况,Agari.Y 方程也不相吻合。根据填料在聚合物基体中的分布符合逾渗理论模型的特征并结合逾渗理论在导电复合材料中的应用,创造性地提出了填充型导热聚合物基复合材料两相体系的海岛-网络模型并建立了逾渗热导率方程:c V V ≥c V V ≤ ( ) f pp fV V λ λλ λλ同时经实验证明,该模型及热导率方程是符合实际的而且适用于高含量填充型导热聚合物基复合材料的热导率预测。