【摘 要】
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随着新能源汽车的逐渐普及、国家相关法规与补贴政策的逐渐完善,以及人们对于车辆性能与安全性需求的不断提升,新一代新能源汽车产业得到了迅速发展。新能源汽车上智能化和高密度的电子元器件,使得其电控系统也因此具备传导功率大,瞬时超大电流的特点。但是也这对新能源汽车电流传输、以及热传输用的铝基覆铜板材料提出了更高的要求,覆铜板材料必须具有良好的导热性能和耐高压能力,否则热量容易在局部地区积累,会严重危害到器
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随着新能源汽车的逐渐普及、国家相关法规与补贴政策的逐渐完善,以及人们对于车辆性能与安全性需求的不断提升,新一代新能源汽车产业得到了迅速发展。新能源汽车上智能化和高密度的电子元器件,使得其电控系统也因此具备传导功率大,瞬时超大电流的特点。但是也这对新能源汽车电流传输、以及热传输用的铝基覆铜板材料提出了更高的要求,覆铜板材料必须具有良好的导热性能和耐高压能力,否则热量容易在局部地区积累,会严重危害到器件与整个电子产品的工作寿命,因此开发具备高导热能力的封装材料具有重要的意义。环氧树脂和硅橡胶具有优异的绝缘性和耐化学性,已被广泛应用于电子封装领域,但它们热导率低,不利于电子器件的散热。为了提高环氧树脂和硅橡胶的热导率,通常会向基体树脂加入三氧化二铝、石墨烯、六方氮化硼等高热导率的填料。相对于三氧化二铝和石墨烯,六方氮化硼作为一种二维纳米片层材料兼具了优异的导热性能和介电性能,是一种理想的导热填料,但存在与基体树脂相容性差的缺陷,严重影响了其在基体树脂中的分散,从而阻碍了其进一步规模化应用。据此,本论文以环氧树脂和硅橡胶作为树脂基料,针对六方氮化硼分散性较差的瓶颈问题,研究了新型氮化硼的改性方法,并制备了两种高导热复合材料,具体内容如下:(1)六方氮化硼表面改性的研究。基于非共价改性原理,本文利用槲皮素与六方氮化硼之间的π-π共轭作用,对六方氮化硼进行表面改性。红外光谱(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)、以及Zeta电位等表征测试结果表明,槲皮素吸附在氮化硼上,形成了粗糙的包覆层,从而获得了非共价改性的六方氮化硼(FBN)。同时,FBN与溶剂的相容性和分散稳定性均得到了明显的提升,在乙醇和二甲苯/正丁醇体系中的分散稳定时间从3h分别增加到72h和48h。(2)FBN/环氧复合树脂的研究。以改性前后的氮化硼为原料,制备不同的氮化硼/环氧树脂复合树脂,探究氮化硼的改性处理方式、氮化硼的用量、以及不同尺度的氮化硼对复合树脂热导率的影响。实验结果表明,复合树脂的热导率随FBN用量的增加而增加;微米(2-5μm)级的FBN对复合树脂热导率的提升效果要好于比纳米级(500nm)FBN的,并且微米级的和纳米级的FBN混用对复合树脂导热性能的提升效果要优于单一尺寸的;在微米FBN与纳米FBN混合质量比例为2:1,填充量为40wt%时,由于形成了较为完整的导热通路,复合环氧树脂的热导率达到最大值2.385 W/(m·K)。通过对复合材料的涂膜性能进行研究后发现,随着FBN含量的增加,涂膜的铅笔硬度从2H上升到4H,附着力和耐冲击性能分别从0级和50cm下降到1级和45cm,但对涂膜的整体性能影响不大。此外热分析结果表明,FBN/环氧树脂复合树脂的起始分解温度和玻璃化转变温度都有所提升,热稳定性有所增强。(3)FBN/改性硅橡胶复合材料的研究。以异佛尔酮二异氰酸酯、三羟甲基丙烷、以及端羟基聚二甲基硅氧烷等为原料,制备了直链型(S-RTV)和交联型(C-RTV)两种改性硅橡胶。结果表明,相比未改性的硅橡胶,两种改性后的硅橡胶的玻璃化转变温度均有小幅增加,但拉伸强度、剪切强度、交联密度、以及硬度等力学性能均有很大程度的提升,其中S-RTV的拉伸强度和剪切强度可达2.26MPa和2.32MPa,分别提升了680%和320%;C-RTV的拉伸强度和剪切强度可达4.43MPa和5.08MPa,分别提升了1420%和820%。根据(2)探究的最佳FBN添加配比,以力学性能最优异的C-RTV硅橡胶为基体橡胶,制备出了具有高导热性能的FBN/C-RTV复合硅橡胶。结果还表明,随着FBN用量的增加,FBN/C-RTV复合硅橡胶的热导率也不断增加,在氮FBN填充量为25wt%时,热导率可达1.793W/(m·K)。
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