表面接枝MgO的碳纖維-尼龍6導(dǎo)熱絕緣復(fù)合材料的制備及性能研究.pdf

1、隨著LED、微電子封裝、半導(dǎo)體等電子技術(shù)行業(yè)的迅速發(fā)展，各種器件不斷向著小型化、節(jié)能化、智能化方向邁進(jìn)，對(duì)材料的散熱性和絕緣性提出了更高的要求。傳統(tǒng)的導(dǎo)熱絕緣材料大多數(shù)都采用無(wú)機(jī)納米粒子與高分子材料共混復(fù)合來(lái)實(shí)現(xiàn)，這種復(fù)合材料需要非常高的填料量，會(huì)導(dǎo)致材料的力學(xué)性能降低且成本較高。然而，將碳材料、金屬材料等作為導(dǎo)熱填料填充到高分子材料中，盡管材料的導(dǎo)熱性和力學(xué)強(qiáng)度有所提升，但是絕緣性下降特別明顯。因此，在較低填料量下制備出具有良好導(dǎo)熱性

2、、絕緣性和力學(xué)強(qiáng)度兼?zhèn)涞牟牧铣蔀閷?dǎo)熱材料重要的發(fā)展方向。
　　為了制備出具有良好導(dǎo)熱性和絕緣性的材料，本文將高導(dǎo)熱碳纖維(CF)與導(dǎo)熱絕緣的氧化鎂(MgO)粒子進(jìn)行復(fù)合，制備出一種新型化學(xué)鍵合類導(dǎo)熱絕緣填料，并將其與尼龍6樹脂共混制備導(dǎo)熱絕緣復(fù)合材料。本文利用偶聯(lián)劑交叉處理法分別對(duì)CF和MgO粒子進(jìn)行處理，利用氨基與環(huán)氧基間發(fā)生的開環(huán)聚合反應(yīng)，使得MgO粒子與碳纖維以化學(xué)鍵形式復(fù)合，合成出一種特殊的化學(xué)鍵合型復(fù)合填料(CF-MgO

3、)。偶聯(lián)劑作用后增強(qiáng)碳纖維與樹脂、MgO粒子與樹脂、碳纖維與MgO粒子的界面結(jié)合性，降低界面熱阻;利用碳纖維良好的導(dǎo)熱性和力學(xué)強(qiáng)度提高復(fù)合材料的熱導(dǎo)率和強(qiáng)度;利用MgO粒子的絕緣性和導(dǎo)熱性使得填料與樹脂界面間形成導(dǎo)熱絕緣區(qū)域。
　　首先，通過控制螺桿轉(zhuǎn)速、碳纖維初始長(zhǎng)度等條件選出最優(yōu)的工藝參數(shù)，然后又研究偶聯(lián)劑種類、用量對(duì)材料導(dǎo)熱性影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:碳纖維初始長(zhǎng)度為2-3mm、螺桿轉(zhuǎn)速為100r/min、偶聯(lián)劑(KH550)濃度

4、為3wt％時(shí)，碳纖維/尼龍6復(fù)合材料的導(dǎo)熱性最好，且填料質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7-10％時(shí)出現(xiàn)導(dǎo)熱逾滲現(xiàn)象。
　　固定以上工藝參數(shù)，碳纖維經(jīng)過退漿、酸化、偶聯(lián)劑處理將羧基、氨基等活性基團(tuán)引入纖維表面，同時(shí)MgO粒子經(jīng)偶聯(lián)劑KH560處理后與碳纖維復(fù)合，制備新型導(dǎo)熱填料(CF-MgO)，通過控制粒子含量、偶聯(lián)劑濃度、反應(yīng)時(shí)間和溫度提升MgO粒子在碳纖維表面的接枝率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:MgO-KH560粒子的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4wt％、100℃下反應(yīng)8h的碳