聚醚酮酮树脂基复合薄膜的导热及介电性能研究
由于信息技术的不断发展与兴起，新一代的电子元器件功率密度不断增大，且随着发热量不断增多，电子电器设备对于材料的散热性能要求不断提高。同时，电子元件的功率密度增高后引起的介电损耗，导致了设备性能的降低与能量的利用率减少。通常，聚合物材料的导热性能较差，需要通过改性、接枝、填充等技术手段以提升聚合物的导热与综合性能，用于广泛的市场环境与产品。其中，粒子填充法因为加工简便，成本低、结构设计灵活等优点逐渐成为了研究热点。聚醚酮酮（PEKK）是一种具有极高强度、极高耐温、极耐酸碱、极耐辐射的特种工程塑料，目前已广泛应用于航空航天、医疗、电子电器与汽车等领域。但是聚醚酮酮因为较高的熔点所以对于材料加工的要求较高，并且聚醚酮酮的加工方式多采用熔融挤出、热压、流延等传统加工方法，这样的制备方法多适用于规模化制备大型工业器材，但应用于电子电器领域时需要着重强调小型化的发展趋势，导致聚醚酮酮因为加工方法的局限性制约了其发展。 本文首先提出了以模板喷涂法制备聚醚酮酮薄膜的加工工艺方法，此法相较于熔融、热压、模压、吹塑等传统的加工方式具有更加简便快捷的优点。同时，分别将功能粒子六方氮化硼（h-BN）、三氧化二铝（Al2O3）与碳纳米管（MWCNTs）粒子进行改性复合，得到具有良好导热性能与介电性能的功能复合粒子，并以同样的模板喷涂法制备工艺制备了聚醚酮酮复合薄膜，体现了此法的广泛适用性，主要工作如下: 1、以去离子水与乙醇为基础溶剂，添加不同乳化剂、分散剂、消泡剂、流平剂等助剂配制了聚醚酮酮分散液与浆料，通过流变仪研究分散液与浆料的黏度流变特性，以调控聚醚酮酮浆料在模板上的分散与成膜效果。 将羟基化的六方氮化硼（BN-OH）与酸化的碳纳米管（MWCNTs-COOH）在N,N-二甲基乙酰胺中通过共价键合，干燥得到了BN-CNTs复合粒子。通过FTIR、XRD与TEM等测试表征证实了复合粒子的连接结构。利用分散液分散复合粒子，并添加聚醚酮酮共混得到混合浆料，采用模板喷涂法得到了聚醚酮酮复合薄膜。通过XRD、DSC、TG测试结果体现了聚醚酮酮复合薄膜的结晶性行为，由于复合粒子的填充提升了聚醚酮酮的结晶能力与热稳定性。当粒子填充量为5wt.％时复合薄膜的结晶度提升了60％,结晶度的提高可以为声子提供更多连续的导热通路用于增强导热性能，通过导热仪测量导热系数为0.128W/m.K对比纯样提升了66％,并对复合薄膜的热稳定性也有提高作用，并且这样的现象将随着复合粒子填充含量的增多而不断增强。其次，粒子的填充对于复合薄膜的介电常数与介电损耗性能也有明显的降低作用，当粒子填充量为5wt.％时，复合薄膜的介电常数在低频区（＜100Hz）仅为2.09降低了69％,介电损耗在高频区（200000Hz）时仅为0.009降低了95％。 2、利用聚多巴胺的粘度特性，使用盐酸多巴胺并与三羟基氨基甲烷（Tris）发生自聚合反应，在反应体系中混合Al2O3粒子，使得Al2O3粒子表面生长聚多巴胺，随后加入碳纳米管让其粘附在粒子表面，得到Al2O3-CNTs复合粒子。通过FTIR、XRD与TEM等测试表明复合粒子已经成功的被制备，同样采用薄板喷涂法制备了聚醚酮酮复合薄膜。通过DSC、TG、导热系数仪、介电测试表征了复合薄膜的热性能与介电性能。当粒子含量为20wt.％时，复合薄膜的DSC结晶焓由15.3J/g提升至21.1J/g提高了37％,复合薄膜的结晶性能、热稳定性也随之变强，测量导热系数为0.107W/m.K对比纯样提升了38％。同样的，在粒子含量为20wt.％时复合薄膜在低频区（＜100Hz）时介电常数仅为2.78,降低了约59％,介电损耗在高频时（200000Hz）降低了89％。
树脂基复合薄膜;聚醚酮酮;粒子填充;增强导热;介电性能
武汉纺织大学
硕士
材料科学与工程
殷先泽
2023
中文
TB332
2023-08-28（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）