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随着LED照明和微电子封装技术的发展,电子元器件和电子设备均朝着微型化和高度集成化的方向发展。随着电子设备性能的提高,电子元器件的散热成为关键问题,因此人们对高导热材料的需求也越来越迫切。导热聚合物具有质量较轻、易加工成型和耐化学腐蚀等优点,正在向传统导热材料所应用的领域逐步发展。尤其是填充型导热聚合物制备方法简单,易于批量生产且成本不高,是极具应用前景的导热材料。在制备导热聚合物的过程中存在导热性能与机械性能不能兼得的问题,限制了导热聚合物的发展与应用。本论文以机械性能优异的聚酰亚胺和聚芳醚酮为基体,通过改善有机-无机界面、调控填料的分布状态、构筑导热与力学网络以及优化填料的排列方式等方法进行导热改性,获得了具有高导热性能同时又兼具较高机械性能的特种树脂基复合材料,并且所有的复合材料均具有优异的热性能。主要研究进展如下:(1)为了降低碳纳米管与聚酰亚胺之间界面热阻,采用原位接枝法制备了不同含量的碳纳米管接枝聚酰亚胺(MWCNT-g-PIs)。同时为了比较,采用简单共混法制备了碳纳米管/聚酰亚胺(MWCNT/PIs)复合材料。MWCNT/PIs和MWCNTg-PIs复合材料均表现出出色的机械性能,10%MWCNT-g-PI的拉伸强度为129MPa,拉伸模量为2.59 GPa,断裂伸长率为36.1%。MWCNT-g-PIs复合材料的导热性能明显优于MWCNT/PIs。与PI相比,10%MWCNT-g-PI的导热系数提高了87.0%。同等添加量下,10%MWCNT-g-PI的界面热阻降低了16.7%。(2)为了进一步促进导热通路形成,我们选择了具有更高长径比的单壁碳纳米管,同时利用聚偏氟乙烯诱导其在聚酰亚胺基体中聚集成束分布,提高复合材料的导热性能。通过共混法制备了单壁碳纳米管/聚偏氟乙烯/聚酰亚胺(SWCNT/PVDF/PIs)复合材料。SWCNT/PVDF/PIs复合材料表现出杰出的机械性能:SWCNT/PVDF/PIs薄膜的拉伸强度在119-105 MPa之间,拉伸模量在2.7-3.3GPa之间,断裂伸长率在35.6-22.9%之间。与未经复合的PI相比,SWCNT/PVDF/PIs复合材料表现出优异的导热性能。3%SWCNT/PVDF/PI复合材料的导热系数为0.36 W/mK,提高了56.5%。(3)我们选择了绝缘的氮化硼作为填料,同时利用聚酰亚胺纤维的力学优势,在聚酰亚胺织物内部构筑导热网络来提高复合材料的导热性能。采用浸渍-热压工艺制备了氮化硼/聚芳醚酮/聚酰亚胺(BN/PEK-C/PI)织物复合材料。相比于BN/PEK-C复合材料,BN/PEK-C/PI织物复合材料具有杰出的机械性能。与40%BN/PEK-C相比,采用固含量为15%的40%BN/PEK-C浸渍聚酰亚胺织物获得的复合材料(40-15-PEK-C-PI)的拉伸强度提高138%。BN/PEK-C/PI织物复合材料具有出色的导热性能。采用固含量为20%的60%BN/PEK-C浸渍聚酰亚胺织物获得的复合材料(60-20-PEK-C-PI)的导热系数最高,与未经复合的PI相比提高了496%。由Agari模型可知,高BN含量浆料制备复合材料更有助于导热通路的形成。(4)我们将聚酰亚胺织物移除,通过热压的方法对氮化硼/聚芳醚酮复合材料(BN/PEK-C)中的氮化硼进行取向。采用溶液法制备了BN/PEK-C复合材料。热压取向有利于BN/PEK-C复合材料机械性能的提高。经过热压取向,BN/PEK-CHP复合材料的拉伸模量和拉伸强度均高于BN/PEK-C复合材料。BN/PEK-C-HP复合材料表现出优异的导热性能,且具有各向异性。面内方向导热系数提高更为明显,60%BN/PEK-C-HP复合材料的导热系数为3.74 W/mK,与PEK-C相比提高了33倍,并且实验测得的导热系数的数值与经推导得到的导热模型的计算数值相吻合。通过热压的方法对氮化硼/聚芳醚酮复合材料中的氮化硼进行取向,可以有效改善氮化硼的排列方式,进而提高复合材料的导热性能。