河北工业大学2015届本科毕业论文河 北 工 业 大 学毕 业 论 文作 者： 张亚哲 学 号： 110936 学 院： 化工学院 系(专业)： 高分子材料与工程 题 目： 聚酰亚胺/无机填料导热复合材料的制备 与性能研究 指导者： 瞿雄伟 教授 评阅者： 王小梅 副教授 2015年6月5日毕业设计(论文)中文摘要题 目：聚酰亚胺/无机填料导热复合材料的制备与性能研究摘要：聚酰亚胺是一种耐热性十分良好的功能高分子材料，还具有良好的机械性能、电绝缘性等，受到了广泛关注氮化硼是一种应用广泛的陶瓷材料，具有高导热率、电绝缘性优良，能够在提高聚合物导热率的同时保持材料的电绝缘性本课题以聚酰亚胺(PI)为聚合物基体，以氮化硼(BN)为无机填料，制备了PI/BN复合薄膜，并使用硅烷偶联剂KH-560对BN进行表面修饰。
通过多种测试方法分析了BN表面改性效果和填料含量对复合材料导热性能、耐热性能、力学性能和电绝缘性等的影响结果表明，在PI基体中，BN的质量分数越高，复合材料的导热性提高越多；KH-560已经成功接枝到了BN表面，导热效果较原始BN的有所提高随着导热率的提高，PI/BN薄膜材料的电绝缘性能够得到良好的保持；但当BN含量较高时，其力学性能会受到影响，因此，BN的用量应根据实际需求综合考虑关键词：聚酰亚胺 复合薄膜 氮化硼 热导率 导热机理 毕业设计(论文)外文摘要Title Preparation and properties of polyimide/inorganic filler thermally conductive compositesAbstractPolyimide is well known as functional polymer materials with heat resistance, mechanical properties and low dielectric. Boron nitride (BN) is a kind of ceramic filler, which is widely used in science and technology, displaying very high thermal conductivity while keeping electrically insulation. Besides, BN could also remain dielectric when the thermal conductivity is high.For PI/BN composites, the surface of BN were tried to make KH-560 graft chemically to improve the compatibility between the matrix and the filler, which can reduce the heat transfer resistance between them. The surface treatment and the effects of fillers content on the thermal conductivity, electric insulation performance, mechanical properties and thermal stability of the composites were discussed in detail by many modern characterizing methods.KH-560 has been successfully grafted to the surface of BN particles. With a rise in the BN contents, the thermal conductivity of the PI/BN composites increased. As a result, the thermal conductivity of modified PI/BN composites is higher than that of PI/original BN. With the increase of BN content, the composites could remain good electrical insulation while the tensile strength showed a downward trend.Keywords: polyimide composite film boron nitride thermal conductivity thermally conductive mechanism 目 录1 绪论 11.1 研究背景 11.2 导热绝缘高分子材料研究现状 21.2.1 本征型高分子材料的研究进展 21.2.2 填充型高分子材料的研究进展 21.2.3 聚合物基体的选择 41.2.4 聚酰亚胺的合成路线 51.3 导热机理 61.4 本文研究目的及主要内容 72 实验部分 92.1 实验药品及所用仪器 92.1.1 实验所需药品及处理方法 92.1.2 实验所用设备及仪器 102.2 实验过程 112.2.1 氮化硼的表面处理 112.2.2 PI/BN复合薄膜的制备 122.3 性能表征 132.3.1 傅里叶变换红外光谱分析 132.3.2 导热系数测试 142.3.3 热失重分析 142.3.4 电绝缘性测试 142.3.5 力学性能测试 142.3.6 X射线光谱仪 142.3.7 微观形貌的测定 143 结果与讨论 153.1 氮化硼组成及微观分析 153.1.1 h-BN的元素组成分析 153.1.2 氮化硼的微观形貌 153.2 氮化硼的表面改性 163.2.1 傅里叶变换红外光谱分析 163.2.2 热失重分析 173.3 PI/BN复合薄膜的性能表征 173.3.1 聚酰亚胺薄膜的红外谱图分析 173.3.2 纯PI及PI/BN复合薄膜的导热性能 19 3.3.3 聚酰亚胺薄膜的热失重分析 193.3.4 复合材料的电绝缘性能表征 213.3.5 PI/BN复合薄膜的拉伸性能表征 213.3.6 PI/BN复合材料的微观形貌 22结 论 24参 考 文 献 25致 谢 27 河北工业大学2015届本科毕业论文1 绪论1.1 研究背景随着国民经济的快速发展，导热材料的应用领域日趋广泛，在航空航天、电子工程、化工工业、微电子包装等方面都多有体现。
现如今，科学技术日新月异，工业革命加快了进程，这就更加增加对高性能导热材料的需求，希望新型导热材料既能够满足高导热的性能，又能够具有优良的机械性能、电绝缘性、耐化学腐蚀等特点；而且，随着微电子技术和高密度安装技术的发展，提高电子元器件的导热性、在密集产热区制备快速传热的电子材料也是目前较棘手的问题[1]人们在能否挖掘出更高要求的导热材料方面面临更大的挑战传统的导热材料有金属、金属氧化物、金属氮化物及陶瓷等非金属材料金属及其氧化物等材料虽导热性很好，但电绝缘性和耐化学腐蚀性较差；陶瓷材料虽具有较高导热效果，但加工困难、容易破裂，对生产和运输带来不便；高分子材料以质轻、优良的电绝缘性、机械性能和耐化学腐蚀等突出特点逐渐吸引了人们的眼球，因此，开发出导热性好且综合性能优异的导热高分子材料在近几年成为了科学研究的一大热点[1,2]表1.1为部分导热材料的导热率表1.1 部分导热材料室温下的导热率materialλ(W·m-1·K-1)materialλ(W·m-1·K-1)materialλ(W·m-1·K-1)Ag417C105-243PE0.16~0.24Cu315Diamond2000PVC0.13~0.17Al190BeO240PS0.08Fe63Al2O333PA0.18~0.29Mg103MgO36PMMA0.17~0.25Ni91.4AlN300PTFE0.27Sn67Si3N4180Epoxy0.18Zn121BN280Ti22SiC80-120从表1.1中可以看出，金属的导热率最大，其次是金属氧化物及其氮化物，而高分子材料的导热率最低，聚乙烯(PE)的导热率为0.16~0.24 W·m-1·K-1，聚苯乙烯(PS)仅为0.08 W·m-1·K-1。
为了将具有多种优异性能的高分子材料制作成符合要求的导热材料，我们就必须开展高分子材料改性的研究其改性途径主要有两种，一种是合成本征型导热高分子，即在制备及加工成型过程中通过改变分子组成或链结构来制备高结晶结构或高取向结构聚合物的方法；另一种是合成填充型导热高分子，即通过向高分子材料中加入高导热填料，使复合材料导热率整体提高从而弥补高分子材料在导热方面的缺陷[1,3]本次实验就通过制备填充型导热高分子，以BN为无机填料对聚酰亚胺进行填充改性，提高其导热率1.2导热绝缘高分子材料研究现状1.2.1 本征型导热高分子材料研究进展要制备本征型导热高分子，又可以通过两种方式一是在合成过程中形成带有共轭大π键的结构，通过π键共轭电子进行传热；二是通过拉伸等方法使聚合物结晶性提高，利用声子进行热传导但无论是改变高分子的结构，还是使分子链取向，它们的制作工艺都较复杂，有时还会受到自身条件的限制，如制备成本高，这些特点使本征型导热高分子材料的合成在工业生产中受到了很大限制[4]于妍等[5]对超高相对分子质量聚乙烯熔体施加超声场致作用，提高了链段排列的规整度，减小了分子链的运动阻力，降低聚合物粘度，获得更好的流变性能及拉伸性能。
由此，高聚物在加工过程中可更容易得到结晶结构，有利于高聚物导热性能提高Takezawa等[6]合成和提纯出含有1个二苯基或2个苯甲酸基团的两种环氧单体，热固化时使用芳香二胺作为固化剂得到固化树脂在固化树脂中，二环氧单体的中间基团会使类晶结构呈现各向异性，而各部分类晶结构进行无序排列后会使树脂宏观上表现为各向同性，类晶结构与内部非晶结构之间通过共价键连接使界面模糊形成的类晶结构可抑制声子散射，进而提高热导率经测定，固化树脂的热导率较常规环氧树脂高5倍多此外，树脂非晶态区域的存在使材料易于成型加工，其高柔韧性更有利于树脂的生产1.2.2 填充型导热高分子材料研究进展填充型聚合物基导热材料是以聚合物为基体，向其中添加高导热填料，再进行加工成型后得到的大多数聚合物材料的导热率是非常小的，可使用添加导。