聚碳酸酯型聚氨酯导热复合材料的制备与性能研究

作     者：刘静月 

作者单位：四川轻化工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：曾宪光;王茂全

授予年度：2022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：聚氨酯弹性体 聚碳酸酯二元醇 导热系数 氮化硼 氧化石墨烯 

摘      要：本文从基础实验研究入手,首先以单因素变量法探讨了几个重要因素对聚碳酸酯二醇（PCDL）的制备与性能的影响,然后以实验室自制的PCDL为原料、多巴胺（PDA）表面改性的h-BN为填料制备了PDA@h-BN@TPU导热复合材料,最后以化学接枝改性的h-BN与GO为填料制备了m-BN/m-GO/TPU导热复合材料,探讨了填料含量对TPU复合材料的导热性能以及其他综合性能的影响。本工作的主要研究内容分别为以下三个方面:以1,4-丁二醇（BDO）、碳酸二甲酯（DMC）、1,6-己二醇（HDO）为原料,钛酸正丁酯（TBT）为催化剂,采用酯交换法合成了共聚型PCDL。分别探讨了催化剂种类、催化剂比例、原料摩尔比例、减压温度和减压时间对所合成PCDL的羟值和分子量以及收率和转化率的影响,最终制备出无色透明的分子量为2000 g/mol的共聚型PCDL粘性液体,其初始热分解温度为227℃,热失重10%时的热分解温度为307℃,最大失重速率温度为362℃,表现出良好的热稳定性能。采用实验室自制的分子量为2000 g/mol的共聚型PCDL和异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）为原料,DMF为溶剂,多巴胺表面改性处理后的氮化硼（PDA@h-BN）为导热填料,采用溶液聚合法在二月桂酸二丁基锡（DBTDL）的催化作用下制备了添加不同PDA@h-BN填充量的填充型导热聚氨酯复合材料（PDA@h-BN@TPU）,最后通过热压法制得了柔性绝缘导热的PDA@h-BN@TPU复合薄膜。结果表明,当PDA@h-BN的填充量为40 wt%时,所制备的PDA@h-BN@TPU复合薄膜的面内导热系数为0.79 WmK,面外导热系数为0.52 WmK,较纯TPU的面内和面外导热系数分别提高了395%和260%。除此之外,PDA@h-BN的加入对TPU的力学性能,热稳定性,疏水性均有一定的提高作用。首先采用化学接枝法对导热填料h-BN和GO进行表面异氰酸根接枝改性得到m-BN和m-GO,然后在固定m-BN填充量为30 wt%的基础上改变m-GO的填充量,通过溶液聚合法制备了一系列不同m-GO填充量的填充型导热聚氨酯复合材料（m-BN/m-GO/TPU）,最后同样采用热压法制得了具有良好导热性能的柔性绝缘二维复合薄膜。结果表明,当m-GO的填充量为3 wt%时,其面内导热系数为1.83 WmK,面外导热系数为0.96 WmK,较纯TPU的导热系数分别提高了533%和327%,且保持了TPU基体优良的力学性能、耐热性能等综合性能。