功能化填料对环氧天然橡胶复合材料导热性能的研究

作     者：谢星 

作者单位：北京石油化工学院 

学位级别：硕士

导师姓名：伍一波;杨丹;张继阳

授予年度：2023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：环氧天然橡胶 表面改性 导热填料 界面热阻 导热系数 

摘      要：随着电子设备的不断发展,其集成化和微型化的程度越来越高,但是随之而来的是电子设备的功耗急速增加,导致产生更多的热量。为了保障电子设备的运行稳定性和较长寿命,制备高性能热界面材料成为解决其散热问题的重要途径。环氧天然橡胶(ENR)因其优异的介电性能、良好的绝缘性和易加工等特点,被广泛应用于散热材料领域。然而,它的导热系数(λ)较低,限制了其在热界面材料领域的广泛应用。向ENR中填充导热陶瓷填料是提高其λ的简单有效方法,但陶瓷填料与ENR间的界面相容性差,复合材料界面热阻(R~*)高,限制了λ的显著提升。本论文通过功能化导热陶瓷填料,并将其分散在ENR中制备高导热弹性体复合材料。在本文第三章中,采用聚罗丹宁(PRd)共价键改性微米氮化硼(BN),记为BN-PRd,并通过机械共混法填充到ENR基体中,制备高导热ENR弹性体复合材料。PRd中的N-C=S基团可以参与ENR的硫化反应,从而促使BN与ENR分子链间形成稳定的共价键结合,因此填料与基体之间的界面相互作用显著增强。当填充30 vol%的BN-PRd时,ENR复合材料的λ达到0.4270 W/(m K),是纯ENR的λ(0.1400 W/(m K))的3.05倍。在本文的第四章中,首先用PRd对微米氧化铝(AlO)和BN进行共价键改性,分别记为AlO-PRd和BN-PRd,然后将不同维度的两种改性填料填充至ENR基体中,制备高导热ENR弹性体复合材料。在交联过程中,PRd不仅提供了导热填料与ENR之间共价键结合,降低复合材料的R~*;同时二维BN-PRd片作为零维AlO-PRd粒子之间的桥梁,在ENR复合材料中构建了三维热传导网络。最终,ENR复合材料的λ达到0.5147 W/(m K),是纯ENR的λ的3.70倍。在本文的第五章中,首先利用聚(邻苯二酚-多胺)(PCPA)对AlO纳米粒子进行非共价键改性,进一步利用双-(γ-三乙氧基硅丙基)四硫化物(Si69)对其进行共价键改性,制备核壳结构导热纳米粒子(记为AlO-PCPA-Si69),然后将其分散至ENR基体中,制备高导热ENR弹性体复合材料。非共价PCPA改性保护了AlO纳米粒子的本征导热性能,Si69参与ENR的硫化反应,为AlO与ENR链之间提供了强的共价键结合,降低了复合材料的R~*。当AlO-PCPA-Si69纳米粒子含量为30 vol%时,复合材料中形成了导热通道,ENR复合材料的λ达到0.3773 W/(m K),是纯ENR的λ的2.70倍。