【摘 要】
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具有极低收缩率、优异机械性能和高可创造性的环氧树脂一直是工业制造和科学研究的热门材料。环氧树脂因其优异的特性被广泛应用在微电子集成电路、热界面材料,线路板灌装封装等高精尖领域,但环氧树脂导热性差,这一缺点严重限制了环氧树脂在导热材料方面的应用,提高环氧树脂的热导率成为科学研究的主要热点之一。本研究选用的填料主体为膨胀石墨。膨胀石墨价格低廉,有优异的热导率、较大比表面积及其他多种优异性能。近几年通过
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具有极低收缩率、优异机械性能和高可创造性的环氧树脂一直是工业制造和科学研究的热门材料。环氧树脂因其优异的特性被广泛应用在微电子集成电路、热界面材料,线路板灌装封装等高精尖领域,但环氧树脂导热性差,这一缺点严重限制了环氧树脂在导热材料方面的应用,提高环氧树脂的热导率成为科学研究的主要热点之一。本研究选用的填料主体为膨胀石墨。膨胀石墨价格低廉,有优异的热导率、较大比表面积及其他多种优异性能。近几年通过生产工艺迭代,生产过程污染降低,产品性能得到提升,逐渐走出传统应用场景,进入大众视野。在膨胀石墨的基础上,协同银、铜、铝三种金属粉末,使导热性能进一步提高。金属粉末的引入也对复合材料力学性能有所改善。金属粉末应用过程中,本实验使用了新型塑料助剂离子液体。本实验选用了增塑效果较好,具有共轭结构,能与环氧进行交联固化的1-乙基-3-甲基咪唑二腈胺盐。本文设计制备了三类复合材料:第一:环氧树脂（EP）/膨胀石墨（EG）和EP/EG表面镀银（Ag@EG）复合材料。采用混炼机共混和平板硫化机热压成型的方法制备EP/EG复合材料。膨胀石墨的添加使环氧树脂基的复合材料导热性能大大提高,呈持续升高的趋势。EP/EG复合材料的热稳定性随着EG含量的增加而逐渐增加,玻璃化转变温度随着EG添加量的增加呈先上升后下降的趋势。我们设定EG的添加量为60 wt%,在此基础上对EG进行表面功能化处理,实现银对EG的表面包覆,成功制备了EP/Ag@EG复合材料。相比于同比例的添加量为60 wt%EG的EP/EG复合材料,EP/Ag@EG复合材料的热导率同比最大提高了29%。第二:EP/EG/纳米铜（Cu）和EP/EG/离子液体修饰纳米铜（IL@Cu）复合材料。单一填料受填料与界面间接触热阻影响,在低填料量下难以形成连续的导热网络,高填料量下又使体系黏度非常大,机械性能严重损耗。所以选取两种或两种以上的填料,通过协同作用,同步提高复合材料的热导率。通过共混和热压成型的方式,在EG添加量为60 wt%的前提下,制备了EP/EG/Cu复合材料。当Cu添加量为10wt%时,EP/EG/Cu复合材料的导热系数相比未添加Cu的复合材料同比提高32.5%。为了更好的提高复合材料的导热系数和机械性能,我们引入了离子液体（1-乙基-3甲基咪唑二腈胺盐）对Cu进行表面修饰,经修饰获得的EP/EG/IL@Cu复合材料的导热系数同比提升了34.1%。EP/EG/IL@Cu复合材料的机械强度也相应加强。复合材料的玻璃化转变温度也较未处理的有一定提升。第三:EP/EG/纳米铝（Al）和EP/EG/钛酸酯偶联剂表面功能化纳米铝（JS@Al）复合材料。通过多元共混和热压成型的技术,制备了EP/EG/Al和EP/EG/JS@Al复合材料。Al的加入极大的提高了环氧树脂复合材料的导热系数,但是由于Al表面易氧化,在空气中就能生成氧化铝,限制了复合材料的体系的交联程度,导致体系的力学性能和玻璃化转变温度都大幅下降,为了弥补这一缺陷,我们使用钛酸酯偶联剂对Al表面进行表面功能化,在损失微量导热系数的情况下,显著提升了EP/EG/JS@Al复合材料的力学性能和玻璃化转变温度。
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