纳米AlN粉末/环氧树脂复合材料的制备、结构与性能

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随着航空、电子等事业的发展,电子元器件的高性能化对电封装材料提出了越来越高的要求。探索制备环氧树脂封装材料的新方法,寻求高性能化的电封装材料已成为该领域研究的重要课题。本文选用表面修饰的纳米AlN粉末对环氧树脂体系进行填充改性,研究了复合材料的制备、结构与性能及相互关系。 首先,采用偶联剂一苯乙烯对纳米AlN粉末进行表面改性,显著提高了其疏水性和抗水解性,并对改性工艺条件进行了优化,其最佳工艺条件是:以无水乙醇为溶剂、(5g改性剂+0.5g引发剂)/100g纳米A1N粉末、70℃反应3小时,活化指数可以达到1.00。运用红外光谱(FTIR)和X射线衍射(XRD)对粉体改性前后的结构和耐水性进行了对比分析。结果表明,苯乙烯可以与硅烷偶联剂KH570共聚并连接在纳米AlN粉末表面;热失重-微分(TG-DTG)分析表明,纳米AlN粉末最大失重速率温度(Tp)由改性前的202.3℃上升到228.07℃,热稳定性明显提高;改性后的纳米AlN粉末即使在70℃的热水中浸泡24h也不会发生明显的水解,疏水性和抗水解性能显著提高。 然后,将改性AlN粉末加入到环氧树脂中,制备了纳米AlN/环氧树脂复合材料。较系统的研究了填料用量、粒径大小及其制备工艺对复合材料的力学性能、电学性能、耐湿性能、热学性能及加工流变性能的影响规律,运用扫描电镜(SEM)和热重分析法(TGA)对材料的结构和性能进行了讨论。结果表明:三辊机操作工艺可以使填料较好的分散于基体中,低含量填料的加入,对操作工艺未见不良影响。所制备的纳米AlN/环氧树脂复合材料具有纳米材料的结构特征。当纳米AlN加入量为2%时,纳米粒子在基体中分散性好,结合力强,能充分的吸收、键合,有利于应力传递,复合材料的综合性能较好。与未改性环氧树脂固化物相比,其冲击强度、弯曲强度和拉伸强度分别提高了59.4%、45%和58.6%;体积电阻率提高了1.4个数量级;起始热分解温度提高了24℃;纳米AlN加入量为2%的样品在25℃蒸馏水浸泡160小时后,吸水率仅为0.30%,在同等条件下,未改性纳米AlN粉末/环氧树脂复合材料的吸水率却达到了0.56%,耐湿性能明显改善。当纳米AlN含量为10%时,导热系数为0.56W/(m·K)比未改性环氧树脂固化物提高了124%。
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