【摘 要】
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环氧树脂具有电绝缘性能高、耐老化等优点,广泛应用于电力装备绝缘和电子器件封装领域。随着电气设备逐渐向着高功率、大容量方向发展,其产生的热量显著增加,传统的环氧树脂不能满足设备的散热需求。因此,开发兼具高导热和高绝缘性能的复合环氧树脂受到越来越广泛的关注。本文针对环氧树脂绝缘材料存在的导热性能差的问题,提出了利用聚酰亚胺提升氮化硼取向分布建立导热网络的新方法,开发出兼具良好导热、耐热和绝缘性能的环氧
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环氧树脂具有电绝缘性能高、耐老化等优点,广泛应用于电力装备绝缘和电子器件封装领域。随着电气设备逐渐向着高功率、大容量方向发展,其产生的热量显著增加,传统的环氧树脂不能满足设备的散热需求。因此,开发兼具高导热和高绝缘性能的复合环氧树脂受到越来越广泛的关注。本文针对环氧树脂绝缘材料存在的导热性能差的问题,提出了利用聚酰亚胺提升氮化硼取向分布建立导热网络的新方法,开发出兼具良好导热、耐热和绝缘性能的环氧树脂复合材料,研究了环氧树脂复合绝缘材料的导热、机械和电气等综合性能。论文的主要内容包括:(1)研究了氮化硼在基体中的取向分布对复合环氧树脂热导率的影响规律。建立了氮化硼在环氧树脂基体中不同分散方式的有限元模型,并对其等效热导率进行数值模拟分析。结果显示,在相同填充量的情况下,导热填料的取向分布对复合材料热导率提升有着更显著的效果;提升导热填料在基体中的取向角度有利于填料间的相互接触,降低填料间的接触热阻。(2)提出了聚酰亚胺/纳米氮化硼取向导热网络及其复合环氧树脂的制备方法。搭建了纳米氮化硼三维导热网络冷冻平台,制备出纳米氮化硼含量不同的聚酰亚胺/氮化硼气凝胶。结果表明,制备的聚酰亚胺/氮化硼气凝胶呈三维定向连续多孔结构,聚酰亚胺的加入有效的改善了纳米氮化硼气凝胶的成型效果和纳米氮化硼在基体中的分散性,提升了复合环氧树脂的机械性能和热稳定性。研究了聚酰亚胺/纳米氮化硼对复合环氧树脂的热导率的影响规律。结果表明,聚酰亚胺/氮化硼填充含量为15 wt%时,复合环氧树脂面外方向热导率为0.823 W/(m·K),是普通环氧树脂热导率的4.1倍。(3)研究了聚酰亚胺/纳米氮化硼取向导热网络对复合环氧树脂的绝缘与击穿性能的影响规律。结果表明,聚酰亚胺/氮化硼纳米片取向网络提升了环氧树脂的体积电阻率和工频击穿电压;沿面闪络电压随着填料含量增加而增大,与随机分散氮化硼复合环氧树脂相近。上述研究表明,本文制备的聚酰亚胺/纳米氮化硼复合环氧树脂在保持了环氧树脂良好的电气绝缘性能的同时,提升了其导热性能和机械韧性。
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