通过不同维度的无机粒子共混制备高导热聚乙烯复合材料

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高密度聚乙烯(HDPE)具有质量轻、易加工、耐腐蚀等特点得到了广泛的应用。除聚苯胺等自身具有良好导热性能的本征型导热聚合物外,HDPE具有较高导热性能,但是它的导热性能还不能满足工业中对材料导热性能的要求,常常需要添加一些具有导热性能的填料,来提高材料的导热性能。  本文采用是市售氧化铝(Al2O3)颗粒和碳化硅(SiC)晶须作为填料对HDPE进行改性,提高材料的导热性能。首先,使用Al2O3与偶联剂改性Al2O3填充到HDPE与PA6构成的两相聚合物基体中,研究其对材料各项性能,尤其是导热性能的影响。之后提出一种高效简洁的方法对SiC晶须进行改性,研究了改性前后的晶须对材料的影响;最后,使用Al2O3颗粒与SiC晶须作为混杂填料,研究不同比例的填料对于材料的导热性能的影响以及耐热性能、热稳定性、拉伸性能等的变化。具体工作内容如下:  文章使用不同比例的HDPE和尼龙6(PA6)作为基体,分别以氧化铝(Al2O3)和改性氧化铝(m-Al2O3)作为导热填料,熔融共混制备复合材料。傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、沉降实验和热失重分析(TGA)测试结果表明硅烷偶联剂成功对Al2O3进行了表面处理。通过导热性能、耐热性能、拉伸性能测试对比不同复合材料的各项性能变化。当聚合物基体相同时,填料含量越高,复合材料的导热性能提高越多。填料含量相同时,HDPE作为基体时导热性能提高最多;体系中PA6含量越多,导热性能提高越不明显。Al2O3的改性处理对导热性能提高具有较好的促进作用。材料的拉伸性能随着填料含量的增加,体系中PA6含量的增多,材料的拉伸性能降低越多。  使用不同比例的Al2O3颗粒与SiC晶须作为混杂填料,填充到HDPE中制备复合材料。通过导热性能、耐热性能、拉伸性能、微观形貌以及热稳定性能测试对比混杂填料的不同组成对复合材料各方面性能的影响。随着混杂填料中Al2O3减少、SiC含量增多,复合材料的导热性能先上升再下降。当Al2O3与SiC的质量比为1/4时,复合材料的导热性能达到最大值0.8876W/(m·K),相对HDPE提高110.3%。添加混杂填料之后,材料的耐热性能也得到了提高。当Al2O3与SiC的质量比为3/2时,材料的耐热性能达到最佳。复合材料的拉伸模量具有和导热性能相似的变化趋势,当Al2O3与SiC的质量比为1/4时,复合材料的拉伸模量达到最大值1160.2MPa。拉伸强度随着SiC含量的增加而逐渐提高,而断裂伸长率随着晶须含量的增加而逐渐降低。  使用聚乙烯醇(PVA)作为表面改性剂包覆于SiC晶须表面,并且使用戊二醛进行交联,得到交联PVA改性的SiC晶须。将改性后的晶须填充于HDPE中制备复合材料。FT-IR、扫描电镜-能谱分析(SEM-EDS)结果表明交联PVA成功包覆于SiC晶须表面。通过导热性能、耐热性能、微观形貌、拉伸性能和热稳定性测试对比改性前后复合材料各方面的性能差异。结果表明,改性之后的晶须对于复合材料导热性能的提高具有良好的效果。在填料含量分别为10wt.%,20wt.%,30wt.%,40wt.%时,含改性晶须的复合材料的导热性能相对未改性晶须制备的复合材料分别提高22.2%,16.4%,10.5%,14.1%。复合材料的耐热性能、拉伸性能以及热稳定性相对HDPE都有明显的提高,但是改性晶须制备的复合材料的耐热性能、力学性能以及热稳定性相对未改性晶须制备的复合材料等都略有下降。HDPE复合材料导热性能的提高将极大拓宽其在导热散热方面应用范围。
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