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高抗冲聚苯乙烯基导热绝缘复合材料的制备及其性能

冯明晖  
【摘要】:高抗冲聚苯乙烯(HIPS)是一种具有易加工性、耐腐蚀性、良好的拉伸和弯曲性能的工程塑料。由于其与其它工程塑料相比价格低廉,近年来,HIPS特种产品已成为开发的重点。新开发的HIPS产品在部分应用领域可媲美其它工程塑料,但由于其热导率较低,限制了HIPS制品在电子电器元件散热和工业换热器等方向的应用,因此开发导热绝缘HIPS塑料对扩大它的应用领域有重要意义。本文首先以HIPS为树脂基体,分别以硅烷偶联剂KH792表面处理后的氮化硼(BN)和氮化铝(AlN)为导热填料,使用挤出工艺制备了HIPS/BN复合材料和HIPS/AlN复合材料,对导热填料的偶联剂表面处理效果以及HIPS基导热绝缘复合材料的热导率、机械性能、热稳定性和加工性能等进行了表征,研究了两种导热填料的添加量对各性能的影响。结果表明,表面处理后KH792包覆在导热填料上,填料的吸油值明显降低,能够有效的改善导热填料与HIPS树脂基体的相容性。随着导热填料的添加量增大,HIPS基复合材料的热导率有不同幅度的增大,在50wt%BN添加量时HIPS/BN复合材料的热导率为1.24 W/m·K,在50wt%AlN添加量时HIPS/AlN复合材料的热导率达到1.46 W/m·K,均比纯HIPS有明显的提高。BN和AlN填充HIPS会使HIPS的机械和加工流动性下降,但提高了HIPS复合材料的热稳定性。综合来说,在相同填料添加量时,AlN提升复合材料的热导率效果比BN好,当BN和AlN的添加量为20-35wt%时,HIPS/BN复合材料和HIPS/AlN复合材料的综合性能较佳,在获得较高的热导率同时兼顾了材料良好的机械和加工等性能。在此基础上,通过添加片状的BN和球状的氧化铝(Al_2O_3)以及使用不同大小粒径的AlN复配填料制备了不同填料复配比例的HIPS/BN/Al_2O_3复合材料和HIPS/AlN1/AlN2复合材料,研究了不同种类和不同粒径大小的填料复配比例对HIPS基复合材料的各项性能的影响。结果发现,不同种类和不同粒径大小的填料复配使用对HIPS基复合材的热导率均有提升,片状BN和球状的Al_2O_3复配对复合材料的机械和加工性能有一定的改善效果,而使用不同粒径大小的AlN复配时复合材料的加工性能有所改善,但机械性能没有明显的改善。HIPSHIPS/BN/Al_2O_3复合材料在BN和Al_2O_3添加比例为7/3时的热导率最高,为1.02 W/m·K,在AlN1/AlN2添加量比为6/4时制得的HIPS/AlN1/AlN2复合材料的热导率最高,为1.4 W/m·K。无论是单一导热填料填充或是复配填料填充的HIPS复合材料,对其绝缘性能影响不大,复合材料均保持较高的体积电阻率,能够满足产品应用对绝缘性能的要求,可在各种对绝缘性有高要求的场合使用。


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