氮化硼环氧树脂导热复合材料的制备与性能研究-高分子化学与物理专业论文.docxVIP

万方数据 万方数据 Dissertation Submitted to Hebei University of Technology for The Master Degree of Chemistry and Physics of Polymers PREPARATION AND PROPERTIES OF THERMALLY CONDUCTIVE BORON NITRIDE/EPOXY COMPOSITES by Hou Jun Supervisor: Prof. Qu Xiongwei May 2015 河北工业大学硕士学位论文 摘 要 导热高分子基复合材料作为一种极具应用前景的功能材料，在微电子、航空航天、 电子信息和电气绝缘等诸多领域发挥着越来越重要的作用。环氧树脂因其具有优异的 电绝缘性能、粘结性能、热性能和机械性能，成型工艺简单，价格低廉等优点，至今 仍是电机电器设备和微电子封装中的首选材料。氮化硼(BN)具有独特的电绝缘性能、 优异的导热及化学稳定性、超低的介电常数及热膨胀系数，是一种理想的导热填料。 本论文基于氮化硼表面功能化设计，使其均匀分散于环氧树脂基体中，并有效改善界 面结构，从而制备了高导热且综合性能优异的环氧树脂基复合材料，系统研究了 BN 的表面修饰及含量对复合材料性能的影响。 针对 BN 可润湿性差及表面功能基团化学活性弱的缺点，本课题利用强酸弱化 B-N 键，引入羟基，然后接枝 3-氨丙基乙氧基硅烷(APTES)来对 BN 表面进行共价键 修饰，合成了硅烷化的 BN (APBN)，并采用溶液分散和浇筑成型的方法制备了一系列 EP/APBN 复合材料。扫描电镜(SEM)测试表明，APBN 在环氧树脂基体中具有良好的 分散性和相容性。复合材料的导热率随着 BN 含量的增加而增加，达到一定含量后增 速变快，当 APBN 填充量为 30wt%时，其导热率达到 1.178W/m·K，是纯环氧树脂的 6.14 倍，而相同含量下 EP/BN 复合材料的导热率仅为 1.037W/m·K。复合材料的热稳 定性、模量、玻璃化转变温度都随着 APBN 含量的增加而提高，但拉伸强度有所下降。 同时，复合材料还具有良好的电绝缘性能。综合上述结果表明：制备的该散热材料在 热管理和微电子封装等领域具有潜在的应用价值。 基于环交联型聚磷腈微纳米材料的模板诱导自组装特性，首次以六氯环三磷腈与 双酚 A 为共聚单体，通过其在 BN 表面发生原位缩聚反应，实现了聚(环三磷腈-co- 双酚 A)对 BN 非共价键包覆改性(HBBN)。结果表明，HBBN 的加入可以有效的提高 EP/HBBN 复合材料的导热性能，当 HBBN 含量为 20wt%时，复合材料的导热率为 0.708W/m·K。在导热率提高的同时，复合材料仍能保持良好的电绝缘性和热稳定性， 且阻燃性能也得到了改善，其在燃烧过程中还表现出了优异的尺寸稳定性。 关键字：导热 复合材料 环氧树脂 氮化硼 表面改性 I 氮化硼/环氧树脂导热复合材料的制备与性能研究 ABSTRACT Thermally conductive polymeric composites, kind of highly promising functional materials, are progressively utilized in microelectronics, aerospace, electronic information, electric insulation and other fields. Epoxy resin has been widely applied as the preferred matrix material due to its good electrical insulation, thermal stability, superior adhesion, good mechanical properties, ease of processing and low cost, etc. Boron nitride (BN) has many unique advantages such as prominent electrical insulation, excellent thermal conductivity and chemical stability, ultralow dielectric constant and thermal expansion coefficient. These properties make BN a promising candidate for preparing composites with enhanc