【摘 要】
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随着微电子技术的飞速发展,电子元器件已从隔离逐渐转变为高度集成,使得单位功率密度不断增大,多余能量的聚集会导致器件运行温度过高,极大地影响其精度、安全和使用寿命。PA凭借其优异的加工流动性、密度低以及价格便宜等优点被广泛应用于导热绝缘等领域,但其较差的导热系数,远不足0.50 W/m·K,无法满足日益增长的散热需求。一般通过增加导热填料的填充量或者使用昂贵的高导热系数的填料来弥补导热性能的不足,然
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随着微电子技术的飞速发展,电子元器件已从隔离逐渐转变为高度集成,使得单位功率密度不断增大,多余能量的聚集会导致器件运行温度过高,极大地影响其精度、安全和使用寿命。PA凭借其优异的加工流动性、密度低以及价格便宜等优点被广泛应用于导热绝缘等领域,但其较差的导热系数,远不足0.50 W/m·K,无法满足日益增长的散热需求。一般通过增加导热填料的填充量或者使用昂贵的高导热系数的填料来弥补导热性能的不足,然而导热性能提升的同时,总会伴随着韧性严重下降、成本太高以及加工性能差等问题。本研究以PA6（PA6）树脂为基体,针对以上存在制约导热绝缘复合材料的发展与应用的问题,进行了填料表面改性、增韧改性以及引入少量的高导热填料等尝试,旨在制备出导热系数高、绝缘性能好、加工流动性优良同时兼具良好韧性的PA6基复合材料。具体研究内容如下:1.采用硅烷偶联剂KH550、KH560和KH792对氢氧化镁（MH）进行表面湿法改性,以改性后的MH作为导热填料,通过挤出注塑等工艺制备出MH/PA6复合材料。探讨偶联剂改性对复合材料的绝缘、导热和力学等关键性能的影响,优选出最佳的改性剂KH550。利用闪光法导热系数仪、高阻计、转矩流变仪、DSC、TG和冲击试验机等进一步研究KH550-MH（MH-Si）填充量对复合材料的导热性能、力学性能、绝缘性能、结晶性能、加工流动性以及热稳定性能的影响。结果表明:当MH-Si填充量为50wt%时,复合材料的导热系数和无缺口冲击强度分别为0.70 W/m·K和24.0 k J/m~2,具有很好的改良基础。2.以EVA、扩链剂、GF和POE-g-MAH作为增韧剂,制备增韧型导热绝缘PA6基复合材料。研究增韧剂种类及添加量对50MH-Si/PA6基复合材料的导热、绝缘、韧性以及加工流动性的影响,并通过SEM探讨其增韧机理。结果表明GF可有效提高复合材料的强度和模量;POE-g-MAH对复合材料的导热性能和韧性提升比较明显。为了制备性能更加优异和均衡的PA6复合材料,进一步探究了GF和POE-g-MAH复配使用对50MH-Si/GF/POE-g-MAH/PA6复合材料的影响。结果显示,当GF和POE-g-MAH填充量分别为7.5wt%和10wt%时,在满足韧性要求的同时,复合材料的导热系数达到最大,此时复合材料的导热系数、无缺口冲击强度分别达到0.88 W/m·K、30.3 k J/m~2。另外,又进一步讨论了POE-g-MAH填充量对60MH-Si/POE-g-MAH/PA6复合材料各关键性能的影响。测试结果显示,当POE-g-MAH填充量为7.5wt%,复合材料获得最大的导热系数0.96 W/m·K,同时具有较高的无缺口冲击强度39.0 k J/m~2。3.以POE-g-MAH为增韧剂,BN（BN-Si）和MH-Si为导热填料,复配填充制备增韧型导热绝缘PA6基复合材料。采用5 mol/L的Na OH和KOH混合碱液高温处理BN,使BN表面羟基化,再进行偶联剂表面接枝改性,实现BN的深度改性,从而改善BN与PA6树脂基体之间的相容性。FTIR分析表明,KH550成功接枝到BN表面。通过对改性前后BN和MH-Si复配制备的50体系（x BN）/10POE-g-MAH/PA6复合材料各种性能的研究,观察分析出相比于BN,BN-Si和MH-Si复配对50体系（x BN）/10POE-g-MAH/PA6复合材料导热系数和韧性的改善更加明显。当BN-Si和MH-Si填充量分别为12wt%和38wt%时,复合材料的导热系数和无缺口冲击强度等指标达到最佳,分别为0.92W/m·K、29.0 k J/m~2,此时复合材料的体积电阻率达到6.3×1014Ω.cm。热分析结果表明,BN的加入有助于延缓了复合材料热降解过程。进一步研究BN-Si和MH-Si复配对60体系（x BN-Si）/7.5POE-g-MAH/PA6复合材料各种核心性能的影响,结果显示,当BN-Si和MH-Si用量分别为3wt%和57wt%时,复合材料的导热系数、无缺口冲击强度分别达到1.03 W/m·K、26.9 kJ/m~2,同时具有较好的加工流动性和绝缘性。
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