【正文】 .......................... 12 吸水性測(cè)試結(jié)果 ........................................ 13 結(jié) 論 ......................................................... 15 參 考 文 獻(xiàn) .................................................... 16 致 謝 ......................................................... 17 河北工業(yè)大學(xué) 2020屆本科畢業(yè)論文 1 1 引言 研究背景 在當(dāng)今時(shí)代，科學(xué)技術(shù)和工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展迅速，但是國(guó)家又在倡導(dǎo)可持續(xù)發(fā)展，即不能對(duì)環(huán)境造成很大的影響，因此，對(duì)各領(lǐng)域的材料的各方面的性能有 了更高的要求。之前的傳統(tǒng)金屬材料，導(dǎo)熱性 能良 好，但是有不耐腐蝕、導(dǎo)電、質(zhì)量重、成本較高等缺點(diǎn)，不能滿足科技日益發(fā)展的需求，于是人們逐漸采用一些高分子材料來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的金屬材料。復(fù)合材料耐腐蝕、絕緣、質(zhì)量輕、成本較低、力學(xué)性能優(yōu)良，但是高分子材料也不是盡善盡美的，其缺點(diǎn)就是導(dǎo)熱性差，不能滿足相應(yīng)的需求。現(xiàn)在的電子儀器都向著靈活小巧的方向發(fā)展，再加上使用頻率越來(lái)越高，容易積聚熱量，不易散熱，材料的導(dǎo)熱性能成為新一代電子儀器的一重要問(wèn)題，為滿足微電子、電機(jī)電器、航天航空、軍事裝備等諸多制造業(yè)及高科技領(lǐng)域的發(fā)展需求， 制備具有優(yōu)良綜合性能的高導(dǎo)熱聚合物絕緣材料成為解決問(wèn)題的關(guān)鍵。 用來(lái)制備復(fù)合材料的原料種類有很多，塑料基材料是其中的一種，它是發(fā)展較快、被應(yīng)用最廣泛的，原因是其具有絕緣性好、質(zhì)量輕、成本低、制備簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。在塑料基材料中，熱固性塑料是大家熟知的也是用的最多的，有酚醛類、不飽和聚酯類、環(huán)氧類等。其中環(huán)氧樹(shù)脂是應(yīng)用最廣泛、前景最廣闊的， 這是由于 其具 備 優(yōu)異的耐熱性能、耐化學(xué)、粘接性能、電絕緣性能、耐腐蝕性能和力學(xué)性能，成型工藝簡(jiǎn)單，固化成型收縮率低等一系列優(yōu)點(diǎn) [15]。但是，為了滿足需要，須對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂材料進(jìn)行改 進(jìn)。無(wú)機(jī)非金屬材料的導(dǎo)熱性很好，并且絕緣性好，是比較理想的導(dǎo)熱材料，但其制備過(guò)程復(fù)雜、原料稀缺，故應(yīng)用前景并不樂(lè)觀。然而 將無(wú)機(jī)非金屬材料作為填料，環(huán)氧樹(shù)脂為基體，將兩者混合制備出的復(fù)合材料的各方方面的性能都有很好的提高，能夠滿足現(xiàn)代生產(chǎn)的需要。 環(huán)氧樹(shù)脂的簡(jiǎn)介 分子結(jié)構(gòu)中含有環(huán)氧基團(tuán)的高分子化合物統(tǒng)稱為環(huán)氧樹(shù)脂。在環(huán)氧樹(shù)脂分子鏈的中間、末端或成環(huán)狀結(jié)構(gòu)中含有活潑的環(huán)氧基團(tuán)。因?yàn)楹谢顫姷沫h(huán)氧基團(tuán)，河北工業(yè)大學(xué) 2020屆本科畢業(yè)論文 2 環(huán)氧樹(shù)脂可與多種固化劑發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)而形成具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的不溶、不熔的高聚物 [6]。環(huán)氧樹(shù)脂固化后，其 物理、化學(xué)性能都很好。例如，粘接強(qiáng)度，固化收縮率小，介電性能良好，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，工藝性好等，可用作澆鑄料、模壓料、涂料、膠粘劑、層壓材料等以直接或間接使用的形式滲透到從日常生活用品到高新技術(shù)領(lǐng)域的國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)方面。 固化劑的結(jié)構(gòu)和種類對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂的固化行為、力學(xué)性能和熱性能有重要的影響。固化劑 有兩種， 分 別 為顯在型和潛伏型。顯在型的又分為加成聚合型和催化型兩種，加成聚合型就是 在反應(yīng)時(shí)， 使環(huán)氧基開(kāi)環(huán) 再 進(jìn)行聚合反應(yīng)，最終參與到網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中；催化型是以陽(yáng)離子或陰離子 的形式 打開(kāi)環(huán)氧基 開(kāi)始發(fā)生 加成聚合反應(yīng)，最終不參與到網(wǎng) 狀結(jié)構(gòu)中。潛伏型固化劑與環(huán)氧樹(shù)脂混合，在室溫條件下相對(duì)穩(wěn)定，當(dāng)暴露在熱、光、濕氣等條件下，開(kāi)始發(fā)生固化反應(yīng) [7]。 固化反應(yīng)受溫度的影響比較大，按照固化溫度可將固化劑分為 四類，分別是低溫固化劑（＜ 25oC）、室溫固化劑（室溫～ 25oC）、中溫固化劑（ 50～ 100oC）和高溫固化劑（＞ 100oC），用的最多的是室溫固化劑，在室溫固化劑中，因脂肪胺類固化劑價(jià)廉易得、活性高，粘性優(yōu)良，韌性好，可室溫固化，反應(yīng)劇烈放熱，試用期短等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用，主要包括：己二胺、乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺和四乙烯五胺等。 環(huán)氧樹(shù)脂導(dǎo)熱率的研究 制備 高導(dǎo)熱性能 的 環(huán)氧樹(shù)脂方法有兩種，一是直接合成結(jié)晶性高或高取向度的本體環(huán)氧樹(shù)脂，這種方法制備過(guò)程復(fù)雜，成本較高，沒(méi)有被廣泛采用。第二種方法是通過(guò)加入高導(dǎo)熱絕緣填料的方式來(lái)提高環(huán)氧樹(shù)脂的導(dǎo)熱性，這種方法相比第一種操作更簡(jiǎn)便，因此，目前制備高導(dǎo)熱性環(huán)氧材料主要采用填充 的 方式。 用于制備高導(dǎo)熱復(fù)合材料的填料可分為三類，分別是金屬類填料、碳類填料、陶瓷類填料。金屬類填料就是我們常見(jiàn)的金屬，像銅、銀、金、鎳和鋁等；碳類填料是無(wú)定形碳、石墨、金剛石、石墨烯和碳納米管等；陶瓷類填料是用的最 多的一類，包括氮化硼 (BN)、氮化鋁 (AlN)、碳化硅 (SiC)、氮化硅 (Si3N4)、氧化鎂 (MgO)、氧化鈹 (BeO)、氧化鋅 (ZnO)、氧化鋁 (Al2O3)、氧化硅 (SiO2)等。 Manunya 等 [8]用不同粒子形狀的 Cu 和 Ni 粉為導(dǎo)熱填料填充環(huán)氧樹(shù)脂制備復(fù)合材料。研究表明：填料粒子形 態(tài) 及其空間 散布 等因素對(duì)材料的導(dǎo)熱系數(shù)有很河北工業(yè)大學(xué) 2020屆本科畢業(yè)論文 3 大的影響，由于制備出的材料的內(nèi)部有很多 小 孔，所以即便是接近填充極限也很難實(shí)現(xiàn)材料的高導(dǎo)熱性。 Zhang 等 [9]用導(dǎo)熱系數(shù)較高的金剛石粉末填充環(huán)氧樹(shù)脂來(lái)制備復(fù)合材料，當(dāng)填充量達(dá)到體積分?jǐn)?shù)為 68%時(shí)，材料的導(dǎo)熱系數(shù)可以達(dá)到 (m K)。 Yu 等 [10]報(bào)道了用石墨納米片來(lái)填充環(huán)氧樹(shù)脂制得的復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能。當(dāng)填充物的體積分?jǐn)?shù)到達(dá) 25%時(shí)，復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)達(dá) W/(m K)。 Wang 等 [11]研究發(fā)現(xiàn)，在環(huán)氧樹(shù)脂中添加 5wt%的氧化石墨烯能增加 4 倍的導(dǎo)熱系數(shù)，并且還使線膨脹系數(shù)更低。 與金屬填料和碳類填料相比，陶瓷類填料是用的最多的一類填料，而在眾多的陶瓷類填料中， Al2O3 由于具有較高的導(dǎo)熱系數(shù)，成本低，電阻率高，而被廣泛應(yīng)用。 Kozako 等在環(huán) 氧樹(shù)脂中添加 60 vol%，粒徑為 10μ m 的 Al2O3 得到導(dǎo)熱系數(shù)為 (m K)的復(fù)合材料 [12,13]。王聰?shù)?[14]將 Al2O3 添加到環(huán)氧樹(shù)脂中采用澆注成型的方法制備環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料，研究了 Al2O3 的用量對(duì)復(fù)合材料導(dǎo)熱性能的影響。 結(jié)果發(fā)現(xiàn)，復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)會(huì)隨 Al2O3 用量的增加而增加，當(dāng) Al2O3的填充量達(dá)到 50 wt%時(shí)，復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)可以達(dá)到 (m K)。 導(dǎo)熱機(jī)理 眾所周知，相互接觸的物體之間存在溫度差的話，熱量就會(huì)從溫度高的部分向溫度低的部 分轉(zhuǎn)移，最后達(dá)到溫度一致。固體內(nèi)部導(dǎo)熱是通過(guò)光子、電子、聲子等導(dǎo)熱載流子 來(lái)完成 的。 對(duì)于金屬材料和非金屬材料，兩者的導(dǎo)熱機(jī)理是不同的。金屬材料又分晶體金屬材料和非晶體金屬材料，金屬晶體內(nèi)部含有大 批 的自由電子，導(dǎo)熱機(jī)理主要是聲子和電子 一同起作用 ，但聲子作用 很渺 小，所以主要是電子起導(dǎo)熱作用；非晶體金屬可看作是晶粒極細(xì)的晶體，可用類似于晶體結(jié)構(gòu)中的聲子來(lái)分析導(dǎo)熱性能。 非金屬材料也分為晶體非金屬材料和非晶體非金屬材料兩類。晶體非金屬材料其內(nèi)部自由電子也很少，主要通過(guò)晶格聲子 的 振動(dòng)來(lái)傳到熱量，導(dǎo)熱率次于金屬 。非金屬材料的熱量擴(kuò)散速率主要取決于臨近原子或基團(tuán)的振動(dòng)，非晶體非金屬材料的規(guī)律性差，引起聲子 明顯 的非彈性散射，熱導(dǎo)率明顯下降。 聚合物基復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能由聚合物和填料 兩者來(lái) 共同決定 的 。當(dāng)填料較河北工業(yè)大學(xué) 2020屆本科畢業(yè)論文 4 少時(shí)，決定復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能的最主要