【摘 要】
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随着电子和通信领域的快速发展,对导电复合材料和导热复合材料的应用需求增加,同时对材料的性能也提出了更高的要求。对复合材料进行导电导热改性,需要在复合材料基体中添加大量的填料,在赋予复合材料新性能的同时必然会影响复合材料本身的性能。减少对复合材料性能不良影响的最直接方法,就是达到相同性能的情况下添加更少的填料。对复合材料基体进行结构设计,引入隔离结构能显著降低填料的使用量。而大部分隔离结构是建立在不
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随着电子和通信领域的快速发展,对导电复合材料和导热复合材料的应用需求增加,同时对材料的性能也提出了更高的要求。对复合材料进行导电导热改性,需要在复合材料基体中添加大量的填料,在赋予复合材料新性能的同时必然会影响复合材料本身的性能。减少对复合材料性能不良影响的最直接方法,就是达到相同性能的情况下添加更少的填料。对复合材料基体进行结构设计,引入隔离结构能显著降低填料的使用量。而大部分隔离结构是建立在不相容的复合材料基体中,或者填料主要分布在复合材料基体的界面上。不仅影响材料的力学强度,而且不能从根本上降低填料的使用添加量。因此本文主要从导电、导热复合材料的结构设计方面,对隔离结构进一步探究,来降低填料使用量的同时提升材料的力学性能。本文选用丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)和聚碳酸酯/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物合金(PC/ABS)作为复合材料基体,填充多壁碳纳米管(MWCNTs)。通过熔融混合、溶液混合和溶液—机械混合的方法制备均一结构和隔离结构的导电复合材料。通过溶液混合法制备的均一结构ABS/MWCNTs导电复合材料的导电阈值为0.5 wt%。ABS/0.5wt%MWCNTs为导电填料,通过溶液—机械混合方法包裹在PC/ABS颗粒表面制备的隔离结构导电复合材料,其导电阈值为0.05wt%。PC/ABS/MWCNTs隔离结构导电复合材料的拉伸强度为40 MPa,接近纯ABS的拉伸强度。在频率为30 MHz-1000 MHz的电磁波中,填充7 wt%的MWCNTs隔离结构导电复合材料的电磁屏蔽效能,与均一结构填充10 wt%的MWCNTs导电复合材料的屏蔽效能相同,均为50-80 d B。选用石墨、氮化硼(BN)通过熔融混合、机械混合—热压的方法添加到ABS基体中,制备均一结构和隔离结构的导热复合材料。相比于均一结构,隔离结构能显著提高材料的导热性能。且在相同填充量下,添加石墨对导热系数的提升效果高于填充BN。在隔离结构中填充10 wt%石墨,材料的导热系数为0.69 W/(m·K)。ABS/石墨隔离结构导热复合材料虽然具有高的导热系数,但是由于隔离结构也影响了其电绝缘性能。通过在ABS颗粒外先包裹石墨层再包裹BN层,制备的ABS/石墨/BN分层隔离导热复合材料,不但具有优异的导热性能,同时保持电绝缘性能。在ABS中分层隔离填充10 wt%的石墨/BN(质量比50:50),材料的导热系数为0.65 W/(m·K),体积电阻率为1014Ω·cm。
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