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氧化铝导热复合材料的结构设计和制备.doc

氧化铝导热复合材料的结构设计和制备.doc

上传者: 上进粉条 2017-11-11 评分 5 0 123 17 558 暂无简介 简介 举报

简介:本文档为《氧化铝导热复合材料的结构设计和制备doc》,可适用于高等教育领域,主题内容包含氧化铝导热复合材料的结构设计和制备氧化铝导热复合材料的结构设计和制备王聪:环氧树N氧化铝导热复合材料的结构设计和制备绝缘材料,(J环氧树脂氧化铝导热符等。

氧化铝导热复合材料的结构设计和制备氧化铝导热复合材料的结构设计和制备王聪:环氧树N氧化铝导热复合材料的结构设计和制备绝缘材料,(J环氧树脂氧化铝导热复合材料的结构设计和制备王聪(西北工业大学网络与教育技术中心,西安)摘要:采用浇注成型制备环氧树脂氧化铝(EPA(),)导热复合材料研究了Al,用量和偶联剂处理对复合材料导热性能和力学性能影响结果表明,复合材料的导热系数随AI(),用量的增加而增加,当AIOs质量分数为时,复合材料的导热系数达到W(mK)弯曲强度和冲击强度则随Al,用量的增加先增加后降低,当Al,质量分数为时,复合材料力学性能达到最佳,表面改性使复合材料导热性能和力学性能得到进一步提高复合材料导热率的实验结果与MaxwellEucken模型较吻合,但MaxwelEucken模型只适用于低填充情况关键词:环氧树脂氧化铝导热表面改性中图分类号:TMTM文献标志码:A文章编号:()TheStructuralDesignandPreparationResearchesofEPAIThermallyConductiveCompositeWANGCong(NetworkandEducationalTechnologyCenter,Northu'~'terTlPolytechicaIUniversity,Xi'"n,China)Abstract:Anepoxyresinaluminumoxide(EPA)thermallyconductivecompositewaspreparedviamixcastingmethodTheeffectsofAlcontentandcouplingagenttreatmentonthethermalconductivityandmechanicalpropertiesofthecompositewereinvestigatedResultsshowthatthethermalconductivityofthecompositeincreaseswithincreasingadditionofAIandthethermalconductivitycoefficientreachesWmKwhenthemassfractionofAisThebendingstrengthandimpactstrengthofthecompositeincreasefirstly,butdecreasewithexcessiveamountofAl(),andthepropertiesofthecompositewithofA()reachoptimumvaluesThethermalconductivityandmechanicalpropertiesofthecompositearefurtherincreasedwiththesurfacemodificationofAIInthemeantimewefoundthattheexperimentdataofthermaIconductivitywereingoodagreementwiththeequationofMaxwelEuckenbuttheequationofMaxwellEuckencanonlybeappliedinthecaseoflowfillingconditionKeywords:epoxyresinaluminumoxidethermalconductivitysurfacemodification前言环氧树脂具有优异的粘接性,力学性能,电绝缘性,化学稳定性,成型加工容易,应力传递性较好和成本低廉等优点,在航空航天,电子电气等领域得到广泛应用【lo随着电子元器件逐渐向小型化,集成化,多功能化方向发展,对电子元器件材料的导热性能提出了较高要求氧化镁(MgO),三收稿日期:O作者简介:王聪:(一)女,陕西西安人,工程师主要从事工业设计及结构设计相关方面的研究(电话)(电子信箱)~angcongcorn氧化二铝(AO,),氮化硅(si),氮化铝(AIN)和碳化硅(SiC)等填料具有较高的导热系数IlOl,用其对环氧树脂进行填充改性可以获得绝缘性好的环氧树脂复合材料采用钛酸酯偶联剂NDZ一和硅烷偶联剂KH一对导热填料Al()进行表面改性处理,用浇注法制备EPA,导热复合材料研究Al,用量和偶联剂处理对复合材料力学性能和导热性能的影响初步探讨了EPAO,复合材料的热导率计算模型,为提高EPAI,导热复合材料的导热性能提供了基本的理论依据绝缘材料,()王聪:环氧树脂氧化铝导热复合材料的结构设计和制备实验主要原料环氧树脂E一,蓝星新材料无锡树脂厂一乙基一一甲基咪唑,西安汉港化工有限公司NN一二甲基苄胺,盐城市城南有机化工厂氧化铝,导热系数w(mK),佛山华雅超细粉体有限公司钛酸酯偶联剂(NDZ一),硅烷偶联剂(KH一)南京曙光化工集团有限公司丙酮,天津市百世化工有限公司EPAIo导热复合材料的制备取一定量AO放置烧杯于恒温水浴中,加入适量的NDZ一或KH一,反应min后抽滤,烘干,粉碎得到样品将一定配比的EP,,乙基一一甲基咪唑和NN一二甲基苄胺搅拌min后超声处理rain加入不同质量分数的改性AI,颗粒,机械搅拌均匀,再在真空条件下脱气泡min,按hh工艺固化,在下后处理h,随模具或烘箱自然冷却分析测试与表征采用瑞士AB公司生产的HotDisk型热常数分析仪对材料的导热系数进行测试弯曲强度和冲击强度测试分别按GBT和GBT执行结果与讨论EPAIo导热复合材料的结构设计为了提高Al,填充环氧树脂导热效果,对EPAIO,导热复合材料进行结构设计:AlO在环氧树脂基体中存紧密堆积排布,每个Al,颗粒表面包覆一层极薄的环氧树脂,使AlO相互之间实现最有效的导热网链桥接或联接,同时依靠环氧树脂薄层的固化实现Al,颗粒相互之间的粘接在成型过程中,尽可能使AlO,相互间形成的空间或空隙减到最小,以提高AlzO,的固含量AI用量对EPAI复合材料导热性能的影响Al(),用量对EPA,复合材料的导热性能的影响如图l所示由图l可以看出,环氧树脂复合材料的导热系数随AlO,的增加而缓慢增加,当Al,用量达到,复合材料的导热系数骤然升高该过程开始因少量的Al()被环氧树脂隔离,彼此间未能形成相互接触,导热性提高不大随Al,用量的增加,AlO,在环氧树脂中形成导热网链几率增加,当AK),用量达到,即AlO用量超过逾渗值,使导热系数大幅度提高当AlO用量为,复合材料的导热系数为W(rnK)白霰曲图AI用量对EPAIo导热性能的影响偶联剂处理对EPAI复合材料导热性能的影响采用不同偶联剂处理Al,其表面特性会影响EP和Al,界面的热障,同时影响AIO,在环氧树脂基体中的均匀分散和A,的加入图为偶联剂处理AlO,对复合材料导热性能的影响目翁}ll{嵌伽AIO用量()图不同偶联剂处理对EPA,导热性能的影响从图可知采用KH,处理A(),使复合材料的导热系数稍微增加,而用NDZ一处理Al,则使复合材料的导热系数稍微降低这是因为Al,经KH一处理后,浸润吸附性能提高,改善了与KH一之间的界面亲和性此外KH一上的烷氧基可与环氧树脂进行反应,相容性得到进一步提高,界面热阻降低,从而提高材料的导热性能NDZ一处理虽然也改变Al(),的表面特性,但与环氧树脂的相容性远不如KH一,同时NDZ一对AlO的包覆使Al自身导热性能降低,使复合材料导热系数降低,所以寻找合适的偶王聪:环氧树脂氧化铝导热复合材料的结构设计和制备绝缘材料,()联剂和改性方法改善Ao,与环氧树脂基体界面是提高体系导热性的一个重要途径Al用量和偶联剂处理对EPAI,A),复合材料力学性能的影响图(a),(b)分别为Al用量对EPAI,复合材料弯曲强度和冲击强度影响的关系曲线(b)图AJ,用量对复合材料弯曲强度和冲击强度的影响从图可知随着Al用节的增加,复合材料的弯曲强度和冲击强度先增加后降低当Al,质世分数为时复合材料力学性能达到最佳经KH一处理后,材料的力学性能得到进一步改善这是因为AlO的加入弥补环氧树脂自固化时的微缺陷,有效传递应力,阻止裂纹扩展,弯曲强度和冲击强度得到改善而过多AI,的加入使环氧树脂的粘度增加,易产生气泡和应力集中,甚至破坏氧树脂基体的连续结构,使力学性能大幅度下降经KH一处理后,提升了A(),与环氧树脂基体界面粘接强度,进步提高r相容性,改善了在环氧树脂中的分散性,提高r材料的弯曲强度和冲击强度EPAI,导热复合材料的导热模型拟合许多热传导经验和理论模型能用来预测复合材料的热导率【l卜I把实验所得导热系数用MaxweI一Eucken模型进行拟合,结果见图其中Maxwe,Eucken模型表述如下::一pl,z一V,f((l,t一lp))l一,p()一,一,(,一J,式中,,,f和Vf分别为复合材料,聚合物,填料的导热率及填料的体积分数g籁霰曲AIO,用量()图复合材料导热系数实验值与理论值的比较从图可以看出,当Al()体积分数较低时(小于),实验数据与Maxwell方程的理论曲线较为…致,主要是AlO,以颗粒状随机分布在环氧树脂基体中,随着Al,用量的增加(大于),实验数据与理论曲线的差异很大这是因为Maxwell方程没有考虑粒子间的相互作用,即在高填充情况下,A()可能在环氧树脂基体中形成导通网络因此,MaxwellEucken方程并不适合高填充情况,该模型方程还有待进一步改进结论EPA,复合材料的导热性能随AIO用墙的增加而增加,当Al(),的质糙分数为时,复合材料的导热系数为W(mK)复合材料的弯曲强度和冲击强度随AlO,用量的增加先增加后降低,当AlO,的质量分数为时,复合材料的力学性能最佳表面改性使材料的导热性能和力学性能得到进一步改善MaxwellEucKen模型只适合于低填充情况,对于高填充情况,使用该公式误差较大,需要进一步改进参考文献:fl】陈平,千:德中环氰付脂【MI北:化学It~板杜,】孙曼灵环氧树脂应用原理与技术M】北京:机械工业出版社【】KaynakC,OzturkA,TincerTFlexibilityImprovement绝缘材料,{)王聪:环氧树N氧化铝导热复合材料的结构设计和制备【】】【【】【O】】ofEpoxyResinbyLiquidRubberModificationJ】PolymetInternationaI,l():张小华,徐伟箭无机纳米粒子在环氧树脂增韧改性中的应用J,:IrfanMirKumarDRecentAdvancesinlsotropicConductiveAdhesivesforElectronicsPackagingApplications【JinternationalJournalofAdhesionandAdhesives,,():lLingDu,SadhanCJanaHygrothermalEffectsonPropertiesofHighlyConductiveEpoxyGraphiteCompositesforApplicationsasBipolarPlatesJ】JournalofPowerSources,():JingLi,JangKyoKim,ManLungShamConductiveGraphiteNanoplateletEpxyNanocomposites:EffectsofExfoliationandUVOzoneTreatmentofGraphite【J】ScriptaMaterialia,,():HatsuolshidaSarawutRimdusitVeryHighThermalConductivityObtainedbyBoronNitride'filledPolybenzoxazineJ】ThermochimicaActa,,:NhuapengW,ThamjareeWKumfuSetal,FabricationandMechanicalPropertiesofSiliconCarbideNanowiresEpoxyResinComposites【J】CurrentAppliedPhysics,,():刘运春殷陶陈,元武,等PPSAIO,导热复合材料的性能及其应用【J】工程塑料应用,():AgariYUedaANagaiSThermalconductivityofaPolymerComposite【JJournalofAppliedPolymerSciencei,():】OttHJThermalConductivityofCompositeMaterialsfJ】PlasticandRubberProcessingandApplication,I():【HasselmanDPH,JohnsonLFEffectiveThermalConductivityofCompositeswithlnterfacialThermalBarrierResistaneeJ】JournalofCompositeMaterials():】ChengSC,VachonRThePredictionoftheThermalConductivityofTwoandThreePhaseSolidHeterogeneousMixtures【JInternationalJournalofHeatandMassTransfer():NielsenLEGeneralizedEquationfortheElasticModuliofCompositeMaterialsJ】JAppPhys,,:LewisT,NielsenLDynamicMechanicPropertiesofParticulatefilledCompositesJJournalofAppliedPolymerScience,,():AgariY,UnoTThermalconductivityofPolymerFilledwithCarbonMaterialSeffectofConductiveParticleChainsonThermalconductivityJ】JournalofAppliedPolymerScience():AgariYUnoTEstimationonThermalconductivitiesofFilledPolymers【J】JournalofAppliedPolymerSeience,():AgariY,UedaA,NagaiSFhermalconductivitYofaPolyethyleneFilledwithDisorientedShortCutCarbonFibers【J】JournalofAppliedPolymerScience,,():i(上接第l页)膜寿命的影响【J】材料科学与亡程():【】KaufholdM,BornerG,EberhardtMet|IFailureMechanismofthelnterturnInsulationofLowVoltageElectricMachinesFedbyPulse,controlledInverters【J】EEEElectricalInsulationMagazine():,【】WoodSE,GreenwoodDCornptonBInstrumentationofinverterfedMotorsforHazardousAtmospheres【J】IEEEColloquium():】YinWeijunCriticalFactorsforEarlyFailureofMagnetWiresinInverterfedMotorR】ConferenceonElectricalInsulationandDielectricPhenomena(CEDP),AnnualReport,:【】BellomoJILebeyT,()raisonJMelaElectricalAgingofStatorInsulationofLowVoltageRotatingMachinesSuppliedbylnverters【R】ConferenceRecordofIEEEInternationalSymposiumonElectricalInsulation:【】FabianiDMontanariGCPalmieriFSpaceChargeMeasurementsonEnameledWiresforElectricalWindings【C】CWIEMEBerlin,Germany【】张营堂梁冰刘立柱等纳米二氧化硅聚酰亚胺耐电晕薄膜的研究【J】绝缘材料():O】何恩广,刘学忠纳米TiO:填料对变频电机耐电晕电磁线绝缘性能的影响fJ】电工技术():【周远翔王一男邢晓亮等频率对聚乙烯电树起始的影响特性研究【J高电压技术():【l】郑晓泉,ChenG,DaviesAE结品状态对xPE电缆绝缘中电树枝的影响【J】高电压技术():,【l】朱鹤孙丁洪志绝缘固体电介质研究理论进展J】{然科学进展():,【l】张秀阁景亮工频电压IxLPE绝缘的电树枝老化实验研究【J】高电压技术():"【【【【

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