导热PBT复合材料的制备与性能研究

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随着科学技术的发展,对材料的导热提出了越来越高的要求。在电子工业领域,电子元器件,大规模集成电路所需要热导率较高,散热较好的材料。热交换材料。传统的金属材料,比重大,不耐腐蚀;陶瓷材料易碎,都限制了其更广泛的应用。高分子材料比重小,耐腐蚀,不易碎,可以很好地弥补这些缺点。但是高分子材料本身热导率比较低,因此需要开发出热导率较高,比重小,并且经济实用的高分子材料。本文选择了工程塑料聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)为基体,碳纤维(CF)和石墨为导热填料,制备了PBT和碳材料的复合材料,研究了碳材料对复合物性能的影响。  首先,本文先用哈克密炼机将碳纤维填充到PBT中,得到PBT/CF复合材料。并系统的研究了复合材料的热导率,体积电阻率,热性能和力学性能等重要的性能。得到以下的结论:(1)碳纤维的加入能够显著地提高PBT/CF复合材料的热导率,并且PBT/CF复合材料的热导率具有一定的方向性,其层内方向热导率高于层间热导率,当碳纤维的质量分数为50%时,PBT/CF复合材料的层内热导率和层间热导率分别为1.034 W/(m·K)和0.635 W/(m·K),相比于纯的PBT分别提高了四倍和两倍;(2)碳纤维的加入能够显著改善复合物的导电性能,当碳纤维的质量分数超过20%时,复合物体积电阻率大幅度下降,由1.19×1017Ω·cm变为0.99Ω·cm,即从绝缘体变为导体;(3)碳纤维在低含量时,对复合材料的力学性能有促进作用,在高含量的时候,由于碳纤维的团聚作用,对力学性能的提高有抑制作用;(4)碳纤维在聚合物基体中可以作为成核剂,能够促进 PBT的结晶,诱导PBT晶型转变。  其次,为了更容易的形成导热通路,我们选择了碳纤维和不同纵横比的石墨作为导热填料,系统的研究石墨、混合填料以及选用不相容的HDPE与PBT作为基体,研究了不相容体系对 PBT的性能的影响。得到如下结论:(1)复合材料的热导率具有一定的方向性,不同粒径大小的石墨对其热导率影响较小,当石墨含量为15份时,其层间热导率达到了0.681 W/(m·K),层内热导率达到了0.899 W/(m·K),;(2)混合填料对热导率的提升效果高于单一填料,10%的石墨和10%的碳纤维作为填料,其层内和层间热导率分别为0.619W/(m·K)和1.303 W/(m·K),而想要达到同样的热导率,至少要单独加入50%以上的碳纤维;(3)复合材料中的基体形成不相容的相后,其热导率会明显提高。当石墨含量仅为10%时,加入了HDPE的复合材料层内和层间热导率分别为1.208 W/(m·K)和0.899 W/(m·K),明显高于不加HDPE的复合物(其层内和层间热导率仅为0.856 W/(m·K)和0.619 W/(m·K));(4)加入石墨后,对复合物的力学性能有一定不利影响,但均高于通用塑料,接近工程塑料的力学强度。
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