高填充热固性酚醛树脂复合材料的导热及增韧研究

来源 :北京化工大学 | 被引量 : 6次 | 上传用户:tdj000
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近年来,随着微电子集成电路技术和电子封装技术的飞速发展,对逻辑电路和电子元器件的散热效率、绝缘性能和阻燃性能要求越来越高。酚醛树脂(PF)价格低廉,生产工艺简单,具有很好的耐化学腐蚀性,力学强度高,广泛应用于摩擦材料,烧蚀材料,涂料和模具中。但是,传统的PF结构上的酚羟基和亚甲基活性较大,容易被氧化,耐热性有限,脆性大,阻碍其进一步发展。因此对PF进行改性研究势在必行。目前有关导热复合材料的研究主要集中于如何通过表面处理促进分散和降低界面热阻、不同形状导热填料协同作用有利于三维导热网络形成、以及不同尺寸导热填料复配提高填充量等以进一步提高复合材料的热导率。而对于高填充所导致的聚合物加工性能和力学性能劣化的研究很少。针对以上问题,本论文拟开展高填充聚合物复合体系导热和增韧研究,以高性能纤维作为增韧组分,通过体系设计、复合加工-微观结构-性能关系研究,探索出增韧高填充导热复合材料的有效途径,最终制备出兼具高热导率和优秀力学性能的高填充复合材料,为社会提供新技术和新工艺,更好地满足社会快速发展对新材料的巨大需求。主要研究内容包括:(1)以热固性甲阶酚醛树脂为基体,通过共混模压的方法制备PF/A1203两相复合材料,并采用单因素实验,研究了氧化铝粒径、不同含量,不同粒径复配填充以及改性等因素对复合材料热导率的影响。粒径越大,越容易形成导热通路,热导率越高,同样的填充含量,40μm的热导率高于10μm和5μm;填充含量在60 wt%之前,复合材料热导率增加较快,继续增大填充量,热导率增加的趋势变缓,且体系太粘稠,加工难度加大;固定总的填充量为60 wt%,加入5μm的小粒径按不同比例进行复配,热导率反而下降;对A1203进行KH550改性,对复合材料热导率提高的效果也不大。综上所述,最终选取平均粒径为40 gm的球形A1203颗粒,填充量为60 wt%作为导热配方,此时热导率为0.78 W·m-1·K-1,是纯PF(0.20W·m-1·K-1)的3.9倍。(2)高填充必然导致力学性能的劣化,加之酚醛树脂本身的脆性,纯PF缺口冲击强度只有0.61 kJ·m-2,不能有效的吸收冲击破坏能量。因此,本论文在固定40 gm球形氧化铝含量为60 wt%的基础上,尝试以短切碳纤维和柔韧Kevlar纤维作为增韧组分,制备了PF/Al2O3/纤维三相复合材料。实验数据表明,碳纤维并没有取得很理想的增强增韧效果,加入碳纤维含量为5 wt%时,材料的缺口冲击强度增加到3.56 kJ·m-2,再继续增加含量,缺口冲击强度呈现明显的下降趋势,可能是由于复合材料制备过程中长径比被破坏,无法形成传导网络。而加入Kevlar纤维后,复合材料获得了较好的增韧增强效果。含量为8 wt%时,缺口冲击强度为6.8kJ.m-2,是纯PF(0.6 kJ·m-2)的11.3倍,同时,并没有损害材料的弯曲性能和热导率,热导率提高到0.85 W·m-1·K-1,是纯PF(0.20 W·m-1·K-1)的4.25倍,制备得到了一种兼具高导热率和优秀力学性能的高填充PF/Al2O3/Kevlar (32/60/8)复合材料。
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