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《北京工商大学》 2016年
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导热工程塑料的制备与性能研究

邹文奇  
【摘要】:导热工程塑料具有质轻、易加工成型、力学强度高及耐热性能好等优点使得其应用范围日渐广泛。本论文分别从树脂基体相态结构和导热填料复配的角度研究了填充型导热塑料组成、结构和性能之间的关系。论文首先以聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)与双酚A型聚碳酸酯(PC)共混体系为基体,氧化铝(Al_2O_3)为导热填料,通过熔融共混法制备了PBT/PC/Al_2O_3导热复合材料,采用亚磷酸三苯酯(TPPi)作为酯交换反应抑制剂调节材料中树脂基体的相态结构,并通过红外光谱分析(FT-IR)、激光导热仪、扫描电子显微镜(SEM)、示差扫描量热仪(DSC)及力学性能测试仪等对材料中的酯交换反应、导热性能、相态结构、结晶参数及力学性能进行了表征。结果表明,PBT与PC在熔融加工过程中存在酯交换反应,两相间具有良好的相容性,体系呈现出类似于均相的相态结构。TPPi的加入可有效抑制体系中酯交换反应的发生,使PBT/PC共混物的相态结构改变,进而对填料的分布状态产生影响。当PBT/PC配比为1/1时,向其中加入1 wt%的TPPi可使体系的相态结构趋向于形成双连续相态结构,并有效提升材料的导热系数;在该体系中加入33vol%的Al_2O_3后,材料的导热系数达到0.89W/(m·k),相对于未加入TPPi的相同体系提升了13%。在此基础上,实验通过填加玻璃纤维(GF)以及阻燃剂等分别提升体系力学强度和阻燃性能。结果表明,7vol%的玻纤以及按总体质量10wt%丁炔二醇二乙氧基醚(BEO)的加入可使该体系最终导热系数达到1.08 W/(m·k),同时拉伸强度为53.5MPa,冲击强度为11.2KJ/m2;同时,材料的极限氧指数为28.5%,阻燃级别可达V-0级,完全可以达到家用电器散热外壳的实际应用需求。此外,论文以PA6为树脂基体,膨胀石墨(EG)、石墨(G)、氮化硼(BN)、氧化铝(Al_2O_3)、四针状氧化锌晶须(T-ZnOw)作为导热填料进行复配,通过熔融共混的方法制备了绝缘与非绝缘两个体系的PA6基导热塑料,并以扫描电镜(SEM)与激光导热仪为主要表征手段对材料分散状态与导热性能之间的关系进行了研究。结果表明,在绝缘导热体系中,控制导热填料总用量为20vol%时,17vol%的氮化硼与3vol%的四针状氧化锌晶须之间存在良好的协同效应,复合材料的导热系数可达1.11W/(m·k),同时,复合材料的体积电阻率保持在1013Ω·m数量级。在非绝缘导热体系中,由于导电网络的存在使热量可同时通过电子和声子两种载荷子在材料中传递,体系的导热系数较高。而其中,膨胀石墨由于具有片状结构,在相同体积分数用量下相比其他导热填料更易形成网络,在20vol%用量下导热系数可达2.34W/(m·k)。其他导热填料与膨胀石墨复配使用后均有一定程度的协同效应产生,其中Al_2O_3与EG复配后相对于其他EG复配体系导热系数最高,15vol%EG与5vol%Al_2O_3复配使用后体系导热系数可达3.11W/(m·k),体积电阻率为7.8×105Ω·m。综上所述,本论文的研究结果表明,通过调整树脂基体相态结构或使用复配填料均可以在不改变导热填料用量的情况下达到提升材料的导热系数之目的。
【关键词】:导热 聚碳酸酯 对苯二甲酸丁二醇酯 聚酰胺 酯交换反应 填料复配
【学位授予单位】:北京工商大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TQ322.3
【目录】:
  • 摘要4-6
  • Abstract6-10
  • 第1章 绪论10-20
  • 1.1 引言10
  • 1.2 填料对填充型导热塑料导热性能的影响10-12
  • 1.2.1 填料种类10-11
  • 1.2.2 填料粒径及形状11-12
  • 1.3 树脂基体12-14
  • 1.3.1 树脂基体构成对体系导热性能的影响12-13
  • 1.3.2 树脂基体结构对其导热性能的影响13-14
  • 1.4 填料与基体之间的界面相14-15
  • 1.5 导热塑料树脂基体的选择15-18
  • 1.5.1 聚对苯二甲酸丁二醇酯15-16
  • 1.5.2 PBT/PC合金16-17
  • 1.5.3 酯交换反应17
  • 1.5.4 聚酰胺17-18
  • 1.6 本论文的研究内容18-20
  • 第2章 实验部分20-24
  • 2.1 实验原料20-21
  • 2.2 仪器设备21
  • 2.3 导热塑料的制备方法21-22
  • 2.3.1 PBT/PC体系21
  • 2.3.2 PA6体系21-22
  • 2.4 表征与测试22-24
  • 2.4.1 导热系数22
  • 2.4.2 微观形貌22
  • 2.4.3 力学性能22
  • 2.4.4 DSC测试22
  • 2.4.5 动态流变性能测试22
  • 2.4.6 FT-IR分析22
  • 2.4.7 真密度22-23
  • 2.4.8 维卡软化温度23
  • 2.4.9 体积电阻率23-24
  • 第3章 相态结构对聚合物共混体系导热性能的影响24-44
  • 3.1 PBT/PC共混体系的结构与性能24-31
  • 3.1.1 FT-IR24-25
  • 3.1.2 微观形貌25-26
  • 3.1.3 DSC分析26-29
  • 3.1.4 导热性能29-30
  • 3.1.5 力学性能30-31
  • 3.2 PBT/PC/AL_2O_3体系的结构与性能31-37
  • 3.2.1 Al_2O_3用量对材料性能的影响31-32
  • 3.2.2 PBT/PC配比对材料性能的影响32-34
  • 3.2.3 酯交换反应对材料性能的影响34-37
  • 3.3 低PC含量对体系性能的影响37-40
  • 3.3.1 DSC分析37-38
  • 3.3.2 导热性能38-39
  • 3.3.3 力学性能39-40
  • 3.4 玻纤增强对体系性能的影响40-42
  • 3.4.1 导热性能40-41
  • 3.4.2 力学性能41-42
  • 3.5 PBT/PC/AL_2O_3/GF体系的阻燃改性42-43
  • 3.6 小结43-44
  • 第4章 填料复配对聚合物导热性能的影响44-58
  • 4.1 绝缘导热填料对PA6体系导热性能的提升作用44-48
  • 4.1.1 BN/Al_2O_3复配体系46-47
  • 4.1.2 BN/T-ZnOw复配体系47-48
  • 4.2 非绝缘导热填料对PA6体系导热性能的提升作用48-57
  • 4.2.1 EG单独填充PA6体系的导热系数50-51
  • 4.2.2 膨胀石墨(EG)复配填充PA6体系的导热系数51-57
  • 4.3 小结57-58
  • 第5章 结论58-60
  • 参考文献60-62
  • 在学期间发表的学术论文于研究成果62-63
  • 致谢63

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