高分子导热复合材料结构设计及性能研究进展

近年来,电子设备的需求逐渐向集成化、微型化发展,随之带来了愈发严重的发热问题已经成为了阻碍电子设备发展的重要因素之一。作为电子设备重要组成材料之一的高分子材料对优良导热性能的要求也越来越高,导热高分子复合材料的研究已经成为当前功能复合材料的重要发展方向。本文综述了高分子导热复合材料的发展趋势,介绍了当前选用填料法来制备单一填料、混杂填料高分子导热复合材料以及双逾渗结构、隔离结构等复杂多相结构的高分子导热复合材料的研究进展。重点介绍了通过多种导热填料的组合利用来制备高性能导热高分子复合材料。最后,对填料法高导热高分子复合材料的发展方向做出了简要展望。     

六方氮化硼/聚合物导热复合材料研究进展

随着电子技术快速的发展,聚合物材料自身较低的热导率已不能满足现代电子器件的散热需求,因此提高聚合物热导率,实现高效率的传热具有重要意义。六方氮化硼(h-BN)具有良好的高电击穿强度,导热性能、介电性能、低吸湿率、高温耐氧化等诸多特性,是制备低介电常数、低介电损耗和高导热聚合物的理想填料。本文分别从目前制备BNNSs的主要方法及提高BN复合材料热导率的不同思路两个方面,综述了以六方氮化硼(h-BN)为填料的导热聚合物复合材料的研究现状。     

氮化硼/聚合物导热复合材料研究进展

电子信息产业的高速发展,使得电子装置或装备在使用过程中产生的热量越来越剧烈,需要及时导出以保证其正常运行,聚合物基导热复合材料由于其优异的加工性和较低的成本得到了应用。六方氮化硼(hBN)兼具优异的导热性和绝缘性,因此作为导热填料在导热绝缘聚合物复合材料领域受到越来越多的关注。本文主要从氮化硼填料尺寸、表面性质、取向结构以及杂化等方面综述了近年来氮化硼/聚合物导热复合材料的研究进展。     

填料填充型聚合物基导热材料的研究进展

大多数聚合物由于导热性差等缺点,限制了其在许多领域的应用,因此需要添加导热填料增强聚合物的导热性能,提高材料的使用价值.但是导热填料难以均匀分散到聚合物中,极大地制约了其在高性能热界面材料中的应用,所以需要对填料进行表面功能化,提高其分散性和降低填料与基体之间的界面热阻.无论表面功能化的类型如何,不可避免地都会减弱填料...     

聚合物基纳米复合材料结构设计与电磁屏蔽性能研究

聚合物纳米复合材料以其质量轻、易加工成型、耐化学腐蚀等优秀特性成为电磁屏蔽材料的研究热点.复合材料的导电性是影响电磁屏蔽性能的关键因素,而聚合物基体中导电网络结构则决定了材料内部的电子传输效率,从而在很大程度上决定材料导电性能.合理的结构设计可以解决纳米填料在基体中易团聚、难分散的问题,实现低渗滤阈值、高导电性能/电磁屏蔽与多功能化的统一.我们围绕聚合物纳米复合材料的关键科学问题展开研究,取得一些创新性研究成果:(1)通过填料/基体界面调控,实现复合材料连续导电网络的构筑,制备系列低渗滤阈值聚合物导电复合材料;(2)发展三维导电结构预先构筑新方法,制备出高效导电网络,实现电磁屏蔽复合材料结构功能一体化设计与制备;(3)提出构建多界面结构策略,实现聚合物电磁屏蔽复合材料的轻量化设计.本专论针对我们研究成果进行总结,并对高性能电磁屏蔽纳米复合材料的发展前景进行展望.     

低熔点金属/聚合物复合材料的研究现状

聚合物基导电复合材料在电磁屏蔽、导电、抗静电、自限温加热、甚至导热等领域,具有广泛的用途。这类复合材料中所用的填料主要有金属、炭黑、石墨、石墨烯等。这些填料在加工过程中处于固态。与之不同的是,低熔点金属熔点低,在加工过程中处于液态,从而可以降低复合体系粘度、提高加工性能、降低设备磨损;还可以实现加工过程中填料原位细化和原位纤维化,以及形成双连续相结构。本文概述了低熔点金属填充聚合物复合材料的制备方法,以及复合材料结构、导电性、流变性和力学性能的主要特点,分析了与其它聚合物基导电复合材料相比LMPM/聚合物复合材料的优势,指出了该领域需要进一步研究的方向。     

酯交换反应对PBT/PC/Al_2O_3复合材料导热性能的影响

以聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)与双酚A型聚碳酸酯(PC)为基体、氧化铝(Al2O3)作为导热填料,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(FTIR)、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.实验结果表明,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60 wt%的Al_2O_3后,材料的导热系数达到0.89 W/(m·K),相对于未加入TPPi的相同体系提升了13%.     

聚酰亚胺薄膜材料的各向异性导热行为研究与进展

聚酰亚胺薄膜材料在集成电路、光电显示、柔性电子等领域具有广泛应用,然而其较差的导热性能越来越无法满足器件的快速散热需求.在保持耐热、力学等优势性能基础上,发展新一代高导热各向异性的聚酰亚胺薄膜材料成为国内外研究的重点.本文系统总结了聚酰亚胺本征薄膜及聚酰亚胺/导热填料复合薄膜在各向异性导热行为方面的研究进展,重点从聚酰亚胺分子结构设计、各向异性导热机理、填料取向排列、基体相态结构等方面进行了详细介绍.通过对非晶型与液晶型两类聚酰亚胺结构特点的分析,阐述了聚酰亚胺本征薄膜的分子结构与各向异性导热性能的关系;介绍了基于导热填料取向排列和基于基体相分离结构两类复合薄膜的填料取向与导热通路构建方法,深入分析了导热填料在基体中的分散形态对薄膜各向异性导热行为的影响,最后对导热聚酰亚胺薄膜材料面临的挑战进行了总结与展望.     

石墨烯/聚氨酯复合材料的研究进展

石墨烯是一种新型二维纳米片层碳材料,拥有极高的机械强度、电子迁移率、导热系数及独特的化学结构,将其作为填料对聚氨酯进行功能化改性可有效改善基体的力学、导热导电、电磁屏蔽等性能,因此成为近年来复合材料研究领域的一大热点。本文对石墨烯改性及其在聚氨酯材料中的研究进展进行了综述,以复合材料的制备方法、性能研究进行分类,对复合材料常用的拉伸、压缩、导热模型建立方法进行了总结,展望了石墨烯/聚氨酯复合材料产业化的挑战与机遇。     

聚酰亚胺/蒙脱石纳米复合材料研究进展

聚酰亚胺／蒙脱石纳米复合材料因填料在聚合物基体中纳米尺度的分散以及与基体间强的化学结合而具有较常规复合材料更优异的力学性能，热性能和汽，液阻隔性能等。本文重点综述了该复合材料的制备，结构，性能及应用等方面的研究。     

基于纳米碳填料可拉伸导电聚合物复合材料的制备

碳系材料具有导电性强、稳定性好、价格低廉等优点,被广泛用于制备可拉伸导电复合材料,并且在可拉伸、可穿戴电子设备等领域有巨大的应用潜力,引起了研究者的密切关注。本文介绍了碳系材料的种类,主要有炭黑、碳纳米管和石墨烯等;总结了3种纳米复合材料的主要制备工艺:原位聚合法、熔融共混法和溶液混合法,并介绍了传统印刷技术和新型打印技术。分析了复合材料的导电机理,介绍了渗流阈值理论;并重点探讨了其在可拉伸传感器和可拉伸能量储存设备领域的应用。针对基于纳米碳填料制备的可拉伸导电聚合物复合材料指出目前研究的不足之处:导电填料分散性差、导电网络不稳定和无法大规模生产等,并提出了多种解决方案。对基于纳米碳填料制备的可拉伸导电聚合物复合材料在微型化、可拉伸、可穿戴电子设备领域的应用前景作出了展望。     

聚甲基丙烯酸甲酯/石墨薄片纳米复合及其导电性能研究

在聚合物绝缘材料基体中添加入足够数量的导电填料 ,聚合物便具有导电性或半导体性能 .石墨材料 ,由于资源丰富、价廉、性质稳定 ,被广泛用作导电聚合物复合材料的填料 .一般 ,填料含量越高 ,复合材料的导电性能越好 ,但是材料的力学性能也随之劣化 ,特别是材料脆性增加 .将石墨加工成纳米级粒子 ,再与聚合物纳米复合 ,有望用较少的石墨填充量使复合材料具有良好的电传导性能 ,从而保持材料的力学性能 .最近报道的利用膨胀石墨与聚合物实现纳米复合的研究引起了人们的兴趣 ,如所报道的尼龙 6 膨胀石墨[1] 、PS PMMA 膨胀石墨[2 ] 、PP …     

聚乳酸/凹凸棒土纳米复合材料的结构与性能

采用熔融复合方法制备了不同填料质量分数的聚乳酸/纳米凹凸棒土复合材料,纳米凹凸棒土的加入可以显著提高聚乳酸纳米复合材料的拉伸强度和断裂伸长率.扫描电镜结果表明,凹凸棒土粒子在复合材料中实现了均匀分散.DSC曲线在降温过程中出现明显结晶峰,说明纳米凹凸棒土对聚乳酸有一定的成核作用.当纳米凹凸棒填料含量>8%时,在聚合物基体中可形成完善的网络状结构.填料粒子作为体系中的物理缠结点使得复合材料熔体的应力松弛时间延长.红外谱图显示纳米凹凸棒土和聚乳酸分子间存在较强的相互作用.我们推测,纳米凹凸棒土的加入减少了PLA基体层的厚度,使其由三维应力转变为二维应变状态,导致最大切应力可以达到剪切屈服强度,产生剪切滑移形变带,使得呈现出韧性材料性质,有效提高了材料的断裂伸长率.     

石墨填充高密度聚乙烯基复合材料导热性能的研究

选用导热系数较高的无机填料石墨对高密度聚乙烯(HDPE)进行填充改性;采用偶联剂和磨盘型力化学反应器对石墨进行表面处理,提高石墨与聚合物基体的界面相互作用;用自行研制的升温速率测定装置测试材料的导热性能,并研究材料的导热机理;用SEM观察复合材料的微观形态.实验结果表明:经偶联剂处理后,石墨在HDPE中均匀分布;测试试样的上表面温度随时间的变化可用三次多项式T=A₀+A₁t+A₂t²+A₃t³拟会;HDPE/石墨复合材料升温速率随石墨含量增加而增大;石墨含量为35％的复合材料最大升温速率为HDPE的1.75倍.     

微孔发泡聚合物基导电复合材料的研究进展

概述了用超临界流体作为物理发泡剂对聚合物基导电复合材料进行微孔发泡的基本原理,总结了聚合物基导电复合材料及其微发泡复合材料的几种导电机理,简要介绍了近年来微孔发泡聚合物基导电复合材料电学性能的研究现状。并从微发泡聚合物基导电复合材料的基体特性、所使用的导电填料类型、导电填料的含量、填料在基体中的分散方法及微发泡复合材料的泡孔形态等几个方面,分析了影响微孔发泡聚合物基导电复合材料电学性能的主要因素,并展望了新型微孔发泡聚合物基导电复合材料的研究和发展趋势。     

基体分子运动对聚偏氟乙烯/碳纤维复合材料的聚合物基正温度系数性能的影响

聚合物基正温度系数(PTC)材料中,基体分子在熔体状态下的运动能力可显著影响填料分布、PTC强度及稳定重复性等,明确其机理有利于高灵敏性且稳定可重复的PTC复合材料的设计与制备.通过探究基体熔体黏度不同的聚偏氟乙烯(PVDF)/碳纤维(CF)的电阻-温度响应行为,可以发现复合材料PTC转变温度区间仅取决于基体化学结构与结晶性,而PTC循环稳定性却受到基体分子运动能力的显著影响.当基体分子运动能力较强时,分子链极易黏附填料在CF表面形成包覆层,导致局部填料间距增大到隧穿距离以上,不利于复合材料导电网络的重建,导致随热循环次数增加,复合材料的室温电阻率有所升高,PTC可重复性略微降低.而对基体分子链缠结明显的PVDF/CF复合材料中,运动能力较弱的分子链不会包覆CF粒子,在多次升温-降温循环后导电通路能恢复到初始状态,复合材料呈现良好的PTC可重复性,将其应用于电路过热保护装置时,复合材料表现出灵敏的温度响应特性及可多次循环的开关特性.     

兼具导热和自修复功能的聚合物复合材料

针对聚合物复合材料存在的结构受损导致导热和力学强度降低的问题,提出利用导热填料增强自修复聚合物,实现导热性能和力学强度的快速修复.通过对双(3-氨丙基)封端的聚二甲基硅氧烷(H2N-PDMS-NH2)进行端基改性,得到脲基嘧啶酮(UPy)双封端的聚二甲基硅氧烷(UPy-PDMS-UPy),于60℃下20 h后拉伸强度修复效率可达86.6%.进一步填充羟基化氮化硼(mBN)制备兼具自修复功能的导热复合材料,研究发现mBN的填充导致复合材料强度提高但韧性降低,对导热性能和自修复功能分别起积极和不利影响.当mBN含量为30 wt%时,热导率高达2.579 W·m^?1·K^?1,于60℃下40 h后拉伸强度修复效率达82.0%.红外热像仪显示,损伤处接触10 h后,mBN-30/UPy-PDMS-UPy上表面温度接近初始温度,展现出导热通路的修复特征,实现导热与自修复功能的兼备.     

高介电常数、低介电损耗的聚合物基复合材料*

考虑到高介电常数、低介电损耗聚合物基复合材料在电气、电子行业的广泛重要应用,本文对其研究进展进行了回顾。重点讨论了功能填料、聚合物基体及它们两者的相互作用等因素对聚合物基复合材料介电性能的影响规律,试图为建立高介电常数、低介电损耗的聚合物基复合材料的设计和制备原理理清思路。指出该领域在未来的主要发展方向是涉及制备结构、形貌、尺寸可控的新的功能填料,探索新型简单的复合工艺和界面控制技术,从理论上分析建立功能填料的结构和介电性能的关系模型等。     

尼龙6/高岭土界面相互作用对其复合材料力学性能和流变行为的影响

<正> 无机填料填充复合材料的性能,除了依赖于聚合物基体和填料固有的内在性质外,很大程度上依赖于它们之间的界面性质。因此,研究聚合物/填料界面相互作用,对合理地设计具有优良性能的复合材料具有十分重要的意义。 目前,还很难对粉末填料与聚合物基体之间界面相互作用进行定量的研究,而且关于这方面的报道也较少。本文利用接触角法测定了高岭土填料和尼龙6基体的表面自由能、界面张力、粘附功等热力学参数,对高岭土与尼龙6之间界面相互作用与复合材料力学性能、流变行为的关系进行了分析和探讨。     

HDPE/EPDM/CB复合物的PTC效应

聚合物正温度系数 (PTC)材料 ,是由聚合物基体与炭黑、碳纤维、金属粉末等导电填料共混而成的一种功能导电复合材料 ,其特点是 :当温度升高时 ,在聚合物结晶熔点附近 ,材料的电阻率随温度升高急剧增加 ,可发生几个数量级的突跃 .聚合物 PTC材料可用作自限温加热器、过电流保护器、传感器等 ,有广阔的发展前景 .目前对聚合物 PTC材料的研究主要以聚乙烯 [1～ 5]、乙烯 -醋酸乙烯酯共聚物[6] 、偏氟乙烯 [7] 等单一组分聚合物作为基体材料 .本文研究了以高密度聚乙烯 (HDPE) /三元乙丙胶(EPDM)共混物为基体材料的炭黑 (CB)导电复合材…