聚丙烯/氮化硼/氧化铝导热复合材料的制备及性能研究

作者:氮硼科技 2023-08-01

文章题目:《聚丙烯/氮化硼/氧化铝导热复合材料的制备及性能研究》

文章来源:中原工学院王艳芝教授指导的硕士研究生陈厚振



概述:本论文以价格低廉、来源广泛的聚丙烯(PP)为基体,以六方氮化硼h-BN(信阳德福鹏生产)、氧化铝为填料,采用熔融共混、挤出造粒的方式制备PP复合材料,并使用激光导热仪、差示扫描量热仪(DSC)、万能试验机、扫面电子显微镜(SEM)等仪器测试和表征了填料粒径、含量和种类对PP复合材料热学和力学等性能的影响,同时采用数值模拟技术进一步探讨了填料对复合材料导热性能的影响,为制备新型导热复合材料提供了重要参考。


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PP作为半结晶性热塑性塑料,具有优异的力学性能、电学性能和理化性能,是在工程中应用最为广泛的高分子材料之一。但是,PP导热系数仅为0.21~0.23W·m-1·K-1,已经无法满足现代热管理材料需求,因此研发新一代PP基导热复合材料备受关注

理论上,BN导热系数高达300~2000 W·m-1·K-1,利用这一特性制得PP/BN复合材料,其导热性能和结晶行为均得到改善。在此基础上,他们将片状BN和球状Al2O3复配填充到PP基体中,BN能够定向排列且与Al2O3协同形成良好的导热通路,弯曲模量以及冲击强度也得到提高。


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为了探究填料种类、形貌和粒径之间相互协同作用对PP复合材料性能的影响,通过填料复配优化了导热通路,加速热载流子的传播速度,使PP/BN/Al2O3的导热系数较纯PP提高158.78 %,同时进一步提高了复合材料中PP的结晶温度。

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借助有限元分析技术对复合材料进行了等效导热系数计算,并与实验结果、经典理论模型相对比,验证了模型的可行性;同时通过观察温度云图发现,相比于单一填料,混合填料填充能够进一步优化导热材料内部的导热网络,从而使复合材料的导热性能趋于各向同性。

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