导热聚苯硫醚复合材料的研究

作     者：陈元武 

作者单位：华南理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：赵建青

授予年度：2011年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：聚苯硫醚 GF/Al2O3复配填充 热传导效率 预包覆 Al2O3选择性分布 

摘      要：电气电子领域中,高集成度的发展趋势要求材料不仅具有优良的导热性能,还需绝缘、质轻、易加工成型、抗冲击、耐化学腐蚀等,传统的导热材料如金属或无机材料很难满足,而高分子材料在这方面的应用越来越受到关注,特别是具有高强度、低介电常数、低电导率的特种工程塑料如聚苯硫醚(PPS)。但因为是热的不良体,纯PPS不能胜任,采用高导热无机填料共混改性可以提高PPS材料的导热性能。为使用较少导热填料获得相同的导热性能,降低高填充率对材料力学性能和加工性能的影响,本文对玻纤(GF)/氧化铝(AlO)复配填充PPS复合材料以及AlO填充两相聚合物基体复合材料进行了研究。 为改善复合材料的力学性能,本文首先制备了GF/ AlO复配增强导热改性PPS复合材料。偏光显微镜观察发现,GF诱导PPS在表面形成致密的横穿晶是其增强效果的关键。以GF代替20%(质量百分数,下同)的PPS加入复合材料中,能使PPS/GF拉伸强度和冲击强度分别达到98.3MPa和56.0J/m,比纯PPS分别提高61.5%和126.3%;使AlO含量为37.5%的PPS/GF/AlO的拉伸强度和冲击强度最高达到97.2MPa和38.1J/m,比PPS/ AlO分别提高了68.3%和60.9%。 研究了玻璃纤维(GF)对AlO粒子热传导的连接作用和阻碍作用,并采用“差减法对这两种作用的贡献进行直观的比较。发现这种连接作用只有在AlO填充量为44.4%时才占主要作用,有利于提高AlO粒子的热传导效率,此时14%GF的加入能使具有相同AlO填充量的PPS/ AlO的导热率从0.614 W(/K·m)提高到0.743 W(/K·m)。而采用二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)/环氧树脂(EP)共固化能将AlO预包覆到GF表面,有助于使填料沿着相互交错的GF分布,形成导热网络而提高复合材料的导热率,但由于在加工过程中并未能很好的保持这种包覆状态,因此提高并不明显。GF和AlO用量均为23.08%,为经预包覆处理所制得复合材料的导热率为0.498 W/(K·m),经预包覆处理后填充所制得复合材料的导热率则提高到了0.541 W/(K·m)。 本文采用有限元分析软件ABAQUS模拟了填料不同分布情况下复合材料导热性能的差异。制备了50%填充PPS/ AlO、PPS/PS/ AlO和PPS/UHMWPE/ AlO复合材料,通过SEM观察发现PPS/UHMWPE/ AlO复合材料中,填料选择性分布在连续的PPS相中,能使得其在该相的实际填充率明显高于宏观上的填充率,从而形成双重逾渗结构,达到0.788W/(K·m),明显高于填料均相分布的PPS/ AlO和PPS/PS/ AlO的0.661 W/(K·m)和0.581 W/(K·m);能否形成这种选择性分布受聚合物之间相容性、粘度差异和极性决定,聚合物之间较差的相容性有利于形成填料的选择性分布,且填料优先分布在粘度低而极性大的聚合物相中,对该相聚合物的玻璃化温度,结晶性能等产生明显的影响。