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發(fā)布日期：2021/9/13 12:28:54 訪問次數(shù)：835
01
氮化物
氮化硼(BN)是一種具有較寬禁帶寬度的導(dǎo)熱填料，具有類似于石墨烯的層狀結(jié)構(gòu)特征和晶格參數(shù)，由于具有高電擊穿及絕緣電阻、熱導(dǎo)率、低吸濕率、耐高溫氧化的優(yōu)勢(shì)，是制備低介電常數(shù)、低介電損耗和高導(dǎo)熱PBT的理想填料。
BN熱導(dǎo)率與自身結(jié)構(gòu)有關(guān)。BN是由氮原子和硼原子所構(gòu)成的晶體，其中氮原子和硼原子交替定位，可形成二維共軛層。從組成上看，BN具有六方氮化硼(h-BN)、立方氮化硼(c-BN)、菱方氮化硼(r-BN)和纖鋅礦氮化硼(w-BN)四種不同變體。
BN的結(jié)構(gòu)、用量、界面熱阻、表面處理及分散等對(duì)PBT／BN復(fù)合材料熱導(dǎo)率均有影響。而實(shí)際應(yīng)用主要為h-BN，其它三種變體較少見。
獲得高熱導(dǎo)率填充型聚合物材料的前提是在基體中形成有利于聲子傳導(dǎo)的導(dǎo)熱粒子網(wǎng)絡(luò)。一般而言，聚合物復(fù)合材料的熱導(dǎo)率隨導(dǎo)熱粒子填充量的增加而增大。在PBT復(fù)合材料中，h-BN含量與復(fù)合材料的導(dǎo)熱性呈非線性增加，當(dāng)h-BN質(zhì)量分?jǐn)?shù)＞25%后，復(fù)合材料的熱導(dǎo)率隨填料變化不大。在BN填料含量較低時(shí)，由于BN比表面積較大，界面聲子散射導(dǎo)致復(fù)合材料的熱導(dǎo)率較低。隨著BN含量的增加，填料形狀和尺寸影響其在樹脂基體中形成導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)目，高長(zhǎng)徑比粒子的填料易于在基體中形成沿?zé)崃鞣较虻膶?dǎo)熱通路，一旦導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)形成，材料熱導(dǎo)率出現(xiàn)明顯增加 。
由于導(dǎo)熱填料與樹脂基體的熱導(dǎo)率量級(jí)差異遠(yuǎn)不如導(dǎo)體填料與聚合物基體的導(dǎo)電率量級(jí)差異大，一般很難在填充型聚合物體系中觀察到逾滲行為。然而與片狀BN相比，具有小尺寸、大比表面的類團(tuán)聚狀BN在PBT基體形成導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)時(shí)，可觀察到逾滲突變。此時(shí)滲流閾值附近的熱導(dǎo)率不完全受經(jīng)典滲流理論變化控制。
此外，由于大比表面的BN粒子間更容易接觸形成網(wǎng)絡(luò)，因此在相同含量下，具有大比表面的BN可大幅提高PBT基體的熱導(dǎo)率。
02
碳材料
碳材料主要包括石墨、碳纖維和碳納米管。
石墨因其優(yōu)良的導(dǎo)熱性能和價(jià)格優(yōu)勢(shì)成為改善聚合物熱導(dǎo)率和力學(xué)性能的重要填料。石墨表面羥基、羰基等極性基團(tuán)含量較少，惰性大，與聚合物基體的粘結(jié)性較差，直接影響PBT復(fù)合材料的力學(xué)性能。因此，改善石墨表面性能尤為關(guān)鍵。
碳纖維(CF)是一種質(zhì)輕、強(qiáng)度高、耐熱、具有較高熱導(dǎo)率和電導(dǎo)率的纖維，將CF加入聚合物中，能夠在一定范圍內(nèi)提高聚合物力學(xué)性能的同時(shí)，還能夠提高聚合物的導(dǎo)熱和導(dǎo)電性能，是一種理想的導(dǎo)熱填料。
碳納米管(CNTs)是一種具有特殊結(jié)構(gòu)的一維量子材料，與其它導(dǎo)熱粒子相比，高長(zhǎng)徑比結(jié)構(gòu)的CNTs易在基體中相互接觸，形成導(dǎo)熱通路，較低含量下可提高聚合物的熱導(dǎo)率。但CNTs和聚合物基體界面處接觸熱阻很大，界面聲子散射效應(yīng)使聲子傳遞嚴(yán)重受阻，體系熱導(dǎo)率提高有限，無法發(fā)揮CNTs超高熱導(dǎo)率優(yōu)勢(shì)。相同含量下，長(zhǎng)尺寸多壁碳納米管(MWCNTs)與PBT間由于具有較小界面熱阻，因此具有比短尺寸MWCNTs更高的熱導(dǎo)率。
03
氧化物
由于成本相對(duì)低廉，金屬氧化物填充聚合物一直是制備導(dǎo)熱聚合物復(fù)合材料的主要方法之一。但單一導(dǎo)熱填充會(huì)導(dǎo)致需要高的填充量，這會(huì)嚴(yán)重影響材料的加工和力學(xué)性能。加入第三相聚合物或將兩種導(dǎo)熱填料復(fù)配使用可以解決這個(gè)問題。如在PBT／納米MgO復(fù)合材料中，加入第三相，通過調(diào)節(jié)各相配比控制共混物的雙連續(xù)相形態(tài)，使納米MgO集中分布在第三相中。(質(zhì)量分?jǐn)?shù)＞50%)填充時(shí)，納米MgO在基體中會(huì)團(tuán)聚，對(duì)導(dǎo)熱性能的提升效果并不顯著，而且嚴(yán)重影響材料的加工和力學(xué)性能。故在PBT／納米MgO復(fù)合材料中，加入第三相聚合物聚酰胺(PA)，通過調(diào)節(jié)PBT與PA的配比控制共混物的雙連續(xù)相形態(tài)，使納米MgO集中分布在PA相中，從而獲得較好的導(dǎo)熱性能。
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