曼柯威对填充料的导热性能研究
发布时间:2024-06-14 17:46:23
曼柯威技术部近日在做实验中发现,当导热填料的填充量很小时,导热填料之间不能形成真正的接触和相互作用,这对高分子材料导热性能的提高几乎没有意义。只有在高分子基体中,导热填料的填充量达到某一临界值时,导热填料之间才有真正意义上的相互作用,体系中才能形成类似网状或链状的形态——即导热网链。
曼柯威在做聚乙烯中填充氮化铝,并考察其导热性能,在电镜下观察到AlN与PE结合处存在间隙,这表明AlN不浸润PEAlN/ PE复合材料在AlN体积分数小于12%时,其热导率基本保持不变;当AlN体积分数在12%~24%时,热导率增长较快;当体积分数大于24%后,热导率增长又变慢;当AlN体积分数达到30.2%时,复合材料的热导率趋于平衡,能达到2.44 W/( m·K)。
曼柯威利用新型渗透工艺制备了AlN/PS互穿网络聚合物。将液泡状态PS单体及引发剂持续渗透到多孔性AlN中至平衡态,在氩气气氛中100℃、4h使PS完成聚合。从微观上在AlN骨架上形成了一个渗滤平衡的聚合物网络结构,即使PS体积分数低至12%也可形成网络结构。材料热导率随AlN用量增加而升高,在高用量时趋于平衡。PS体积分数为20%~30%时,材料同时获得高热导率和良好韧性,填料填充复合材料的热导率随粒径增大而增加,在填充量相同时,大粒径填料填充所得到的复合材料热导率均比小粒径填料填充的要高。曼柯威研究了不同粒径SiC填充的铝基复合材料的导热率,实验得到在20℃填充量为20%时热导率随着SiC粒径的增大也变大,但是,导热填料经过超细微化处理可以有效提高其自身的导热性能。我们在研究了在丁苯橡胶中分别加入纳米氧化铝和微米氧化铝得到的聚合物材料的导热性,发现在相同填充量下,纳米氧化铝填充丁苯橡胶的热导率和物理力学性能均优于微米氧化铝填充的丁苯橡胶,且丁苯橡胶的热导率随着氧化铝填充量的增加而增大。
导热高分子复合材料是由导热填料和聚合物基体复合而成的多相体系,在热量传递(即晶格振动传递)过程中,必然要经过许多基体-填料界面,因此界面间的结合强度也直接影响整个复合材料体系的热导率。基体和填料界面的结合强度与填料的表面处理有很大关系,取决于颗粒表面易湿润的程度。这是因为填料表面润湿程度影响填料与基体的黏结程度、基体与填料界面的热障、填料的均匀分散、填料的加入量等一些直接影响体系热导率的因素。增加界面结合强度能提高复合材料的热导率。曼柯威以Al2O3为导热填料,制备了热硫化导热硅橡胶,考察了5种表面处理剂对Al2O3填充硅橡胶性能的影响。结果发现,5种处理剂处理均能提高硅橡胶的热导率,其中以乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷效果最为明显。表面处理剂的加入既可以改善填料的分散能力,又可以减少硅橡胶受外力作用时填料粒子与基体间产生的空隙,减少应力集中导致的基体破坏。表面处理剂对硅橡胶热导率的影响应该是“桥联”和“包覆”共同作用的结果。一方面,其“桥联”作用改善了填料与基体的界面相容性,减少了界面缺陷及可能存在的空隙,从而降低了体系的热阻;另一方面,若包裹在填料表层的偶联剂的热导率较低,又会增加热阻。表面处理剂是否能够提高复合材料的热导率,关键在于处理是否能够在界面处形成有效的键合。曼柯威研究了AlN粉末及晶须填充的环氧、聚偏氟乙烯(PVDF)复合塑料导热性能,发现加7μm粒子和晶须以25∶1质量比混合,总体积为60%时,PVDF热导率达11.5 W/( m·K)。用硅烷偶联剂处理粒子表面,因粒子/环氧界面改善减少了热阻,则环氧热导率可以达到11.5W/( m·K),提高了97%;但是,AlN加入降低了材料拉伸强度、模量及韧性,在水中浸泡后发生降解。