【摘 要】
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聚酰亚胺石墨膜（GPF）具有很高的导热率而被广泛用于电子设备的散热。在GPF的生产过程中产生了大量的副产品聚酰亚胺石墨带（GPT）及其破碎后的聚酰亚胺石墨粉（GPP）。因此如何有效利用这些副产品是本论文的主要研究目的。本论文以GPF和GPT以及GPP为导热填料,并分别在不同工艺条件下热压制备得到树脂基复合材料和GPP基炭/炭复合材料。主要研究内容和结果如下:1.XRD和Raman测试结果显示,GP
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聚酰亚胺石墨膜（GPF）具有很高的导热率而被广泛用于电子设备的散热。在GPF的生产过程中产生了大量的副产品聚酰亚胺石墨带（GPT）及其破碎后的聚酰亚胺石墨粉（GPP）。因此如何有效利用这些副产品是本论文的主要研究目的。本论文以GPF和GPT以及GPP为导热填料,并分别在不同工艺条件下热压制备得到树脂基复合材料和GPP基炭/炭复合材料。主要研究内容和结果如下:1.XRD和Raman测试结果显示,GPF具有高度石墨化结构。激光闪射法测得其热扩散系数为900.40 mm2/s,对应热导率达1406.42 W/（m·K）,符合出厂数据的参考范围。2.为了探索GPT和GPF在一般导热复合材料中的应用,将环氧树脂（EP）分别涂敷于GPT和GPF,通过真空热压成型分别采用堆叠和叠层方法制备得到GPT/EP复合材料和GPF/EP复合材料。借助XRD、SEM和PLM等手段对GPF及其环氧树脂基复合材料的晶体结构、形貌和光学织构进行表征,并研究GPF的体积分数和尺寸对其复合材料导热性能的影响。结果表明,相比于GPF/EP复合材料,GPT/EP复合材料的导热性能在不同方向显示出较大波动,其热导率和热扩散系数总体上随GPT体积分数的增加而增大,GPT体积分数为80%时热导率为453.02～615.15 W/（m·K）。而与之对应的80 vol.%GPF/EP复合材料热导率稳定可达894.36 W/（m·K）,并具有高取向的三明治结构。但在平行于热压方向上两类复合材料热导率都很低,80 vol.%GPT/EP复合材料和80 vol.%GPF/EP复合材料的热导率分别为1.82 W/（m·K）和1.15 W/（m·K）。3.为了探索GPP在耐高温导热复合材料中的应用,将热塑性聚酰亚胺树脂（PI）和中间相沥青（MP）分别与不同尺寸的GPP一起低速球磨,通过真空热压低温成型、炭化和石墨化制备分别得到GPP/PI和GPP/MP复合材料。通过XRD、SEM、PLM等测试表征了GPP基复合材料的结构和热性能。研究表明,PI和MP质量分数分别为18%和14%时,石墨化热处理的GPP1/PI和GPP1/MP复合材料室温热导率取得峰值,且比较接近,分别为217.23 W/（m·K）和219.22 W/（m·K）,总体上由于石墨粉粒径较小,GPP1取向比较杂乱。但炭化处理后的MP碳取向度较低,因此GPP1/PI复合材料室温热导率明显高于GPP1/MP复合材料,分别为147.56 W/（m·K）和80.93 W/（m·K）。而此时增大石墨粉粒径（GPP2～GPP5）,并伴随着石墨粉取向度提高,复合材料热导率增大明显。由于石墨化MP碳的取向度远高于PI树脂碳,因此石墨化GPP5/PI复合材料的室温热导率低于GPP5/MP复合材料,热导率分别为418.29 W/（m·K）和459.85 W/（m·K）,但前者炭化产品的室温热导率仍明显高于后者,分别为326.03 W/（m·K）和276.26 W/（m·K）。Raman测试结果表明,高度取向的GPP和热压力共同对PI和MP黏结剂有着诱导石墨化作用,提升了PI和MP碳的石墨化度。同时热压工艺有利于GPP在复合材料中形成高取向结构,因此复合材料平行于热压方向的室温热导率分别只有23.54W/（m·K）和28.79 W/（m·K）。
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