尼龙6氮化硼纳米复合材料的原位制备与性能研究

来源 :福建工程学院 | 被引量 : 0次 | 上传用户:snow5534
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
随着电子设备逐步向高功能化、轻量化发展的态势,特别是5G时代将要用到的芯片和设备端,迫切需要低成本、高热导率(λ)和低介质损耗等性能优良的高绝缘介质材料。为了适应设备散热需求,导热绝缘复合材料的研究成为必不可少的关键环节。尼龙6(PA6)在电绝缘、优异的耐热性、良好的加工和力学性能,已经广泛应用到各种电子设备、封装材料和绝缘基板上,但PA6的低导热性限制了其在散热领域的发展。氮化硼(BN)是类似于石墨烯(GNP)的成本低性能优异的二维片状材料,同时也是研究最热门的导热填料之一。在目前的高导热聚合物基复合材料研究中,主要以二维片状的BN和GNP填充到聚合物中为主,BN因其极佳的绝缘性和浅色的优势逐渐受到研究人员的青睐。BN通过简单的方法直接与聚合物复合实现高导热会带来一些难以避免的问题。例如,过量的填料加入往往会严重影响聚合物本身优异的力学性能和综合性能。另一方面,少量的添加又会导致填料被聚合物包裹无法形成连续的的导热通路,因此,在制备高导热且综合性能优异的复合材料时如何平衡导热性和其他性能成为研究热点。本论文采用成熟的阴离子开环聚合工艺制备浇铸尼龙6(PA6),以六方氮化硼(h-BN)和己内酰胺(CL)为主要原料,通过原位聚合的方法制备三种新型高导热的尼龙6/氮化硼(PA6/BN)复合材料。主要研究内容和成果如下:(1)通过水热反应在h-BN表面接枝上羟基基团,并进一步化学改性制备出异氰酸酯化的氮化硼(简称为BN-NCO,或者f-BN)。采用“grafting from”方法分别制备了基于改性BN(f-BN)的PA6复合材料,并研究了其热性能、形态结构和力学性能。导热测试表明,PA6/f-BN复合材料在f-BN含量为5wt%时,λ达到0.50 Wm-1K-1,比相同含量的PA6/h-BN和纯PA6分别提高了28.0%和66.7%。PA6/f-BN的杨氏模量从纯PA6的914MPa提高到了1224MPa,屈服强度从46.9MPa提高到61.8MPa,分别比纯PA6提高了33.9%和31.6%。PA6在低填充含量下,加入f-BN后复合材料的λ和机械性能均有所改善。这主要是由于f-BN在反应中原位引发生成BN接枝PA6(BN-g-PA6),后者作为相容剂,显著地改善了BN与PA6基体的界面结合,从而使得界面热阻减小,同时BN的增强作用得以充分体现。(2)以h-BN与无机物分别作为导热填料和分散助剂,高度取向的多孔三维氮化硼(3D-BN)支架是采用冰模板法控制冷冻方向并结合烧结工艺得到。PA6/3D-BN复合材料是使用真空浸润技术将单体填充到多孔3D-BN支架结构中得到,为了对比熔融共混法制备了相同BN含量的PA6/h-BN复合材料。测试结果表明:两种方法制备的复合材料的λ随BN含量的增加逐渐升高。取向的3D-BN支架的立体网络结构相当于用BN构建了一个高效的导热通路,而且由于多孔和轻质结构,空隙中可以填充大量的PA6相,实现了较低的填充含量(16-26wt%)下实现高导热的效果。当3D-BN填充26wt%时,复合材料水平方向的λ达到了2.11 Wm-1K-1,垂直方向上的λ为1.44 Wm-1K-1。而纯PA6的λ仅仅只有0.30Wm-1K-1,与熔融共混法制备的PA6/h-BN复合材料的λ也优势明显,最高值同比分别提高了154%和73%。PA6/3D-BN复合材料的热稳定性因3D-BN支架的作用而得到显著提升。(3)用相同的工艺路线通过引入少量的GNP使其与h-BN复配制备得到多孔的3D-BN/GNP支架,再经过原位聚合得到PA6/3D-BN/GNP复合材料。GNP的引入旨在实现同等的λ下负载更低的填料含量。测试结果表明:GNP的引入并没有对复合材料的其他性能产生明显的副作用。PA6/3D-BN/GNP在加入26 wt%(23.4 wt%h-BN/2.6 wt%GNP)时,复合材料水平方向的λ从纯PA6的0.30 Wm-1K-1增大到2.80 Wm-1K-1,垂直方向的λ也达到了2.23 Wm-1K-1。同比PA6/3D-BN复合材料的λ分别提高了33%和55%,GNP与BN对PA6的导热性能起到了良好的协同增强作用。热红外成像的结果同时证明了PA6/3D-BN和PA6/3D-BN/GNP复合材料均表现出极佳的快速吸热和散热能力,这与导热测试结果完全相符。
其他文献
《2019年全球竞争力报告》显示,中国创新力排名为第28位。从报告结果来看,我国高技术产业在创新方面的发展任重道远。现实中高技术产业的特殊性决定了其发展离不开资金的支持。基于此,我国致力于通过各项科技金融手段赋予高技术产业更大的创新性,期待我国高技术产业全要素生产率的稳步提升。为了探究我国各个省份高技术产业的发展情况以及影响因素,本文主要从科技金融发展水平和投入要素出发进行研究。本文首先整理了现有
公众需求是随着社会发展而不断更新的,而中国地方政府的公共服务供给政策通常都是宏观制定的,往往滞后于社会公众需求,具体体现在社会保障、住房、环境保护、公共安全、医疗
随着我国经济快速发展,营业税与增值税并行的税收政策越来越不适应经济的发展。实践证明营业税和增值税的同时存在,不仅造成增值税抵扣链条中断,而且会使商品在流通过程中出
广西是以壮族为主,侗、瑶、毛南等12个世居民族聚居的自治区,另有满、藏、黎等其他民族44个,少数民族文化资源丰富。文化需求无论在哪个时代都是必不可少的,尤其是信息化、科技化、全球化迅速发展的21世纪,人们获取信息与知识的途径大大提升,各个国家与民族的文化在这个大环境下呈现出了激烈的竞争与交融局面。从国内文化传承与竞争来看,广西少数民族文化作为中国文化的重要组成部分,将其发扬光大必将增强广西文化软实
随着我国经济发展和现代科技水平的不断提高,建筑行业中的工程建造技术得到了明显的进步。不断涌现出新的技术、发明应用到建筑行业中,对传统的施工技术造成很大的冲击。传统施工工艺和建造水平存在很多的局限,给环境保护、资源节约、施工效率等带来越来越大的压力。从发展的角度来看,建筑业是一个永远不会淘汰的行业;随着人民生活水平的不断提高,对建筑物的建设技术提出了更高的要求,我国传统建筑业的发展已经滞后于国家发展
现代发展是历史不断变化的动态过程,从时间脉络来看,芭蕾现代发展就舞蹈本身而言经历了古典芭蕾到现代芭蕾漫长的演变。上海芭蕾在起步之初,大胆创作了上海第一部现实题材芭蕾舞剧《白毛女》,在探索芭蕾民族化的同时,已从题材、内容到表现形式体现了芭蕾现代发展的特点,使其开启了上海芭蕾现代发展进程。随之而来的改革开放为舞坛带来巨变,人们思想观念大变革,激发了上海芭蕾的创作热情,大量丰富多元的舞蹈作品顷刻间展露在
传统的磷酸钙类材料如羟基磷灰石(HA)、磷酸三钙(TCP)等因与自然骨中的无机成分类似,具有良好的骨传导性、生物相容性和降解性,目前已被广泛用于骨修复、药物传递及其它生物学领域。然而,临床结果发现其生物活性不足,降解性不够理想。硅元素作为人体的一种微量元素,可促进成骨分化及新骨矿化。另外,具有微纳结构的微球材料因其比表面积大、具有纳米尺寸孔道等优点在药物传递领域引起了人们的关注。本文采用水热合成法
改革开放40年以来,我国一直奉行积极主动的引资政策,LD纺织仪器公司就是在这个背景下由瑞士LD纺织仪器公司在常州投资建立的。近年来,随着纺织机械行业市场竞争的加剧,如何规
随着老龄化高龄化趋势的加剧,相当数量的高龄老年人身体机能下降,长期照护需求激增,且随着经济社会发展水平的提高,社会对医疗服务和生活照料的品质要求日益提高,而全社会对
当今世界,经济全球化已经成为不可阻挡的趋势,而信息化将成为经济全球化的必然结果。随着信息技术的不断发展,信息技术在给企业和个人带来诸多福利的同时,也隐含着由于信息资