热塑性聚氨酯基纳米复合材料的制备及性能研究.pdfVIP

西华大学硕士学位论文

摘要

thermoplasticpolyurethaneTPU

热塑性聚氨酯（，）具有良好的力学性能、加

工性能与低温性能，且兼具弹性体和塑料的特性，可以开发出有潜力的热界面材

料，特别是作为柔性导热高分子复合材料的基体具有独到的优势。然而纯TPU

基体的导热系数低，作为热界面材料时散热困难导致大量热量积累而形成“热岛

”

效应，不能满足电子器件的散热要求，成为影响元器件安全性和使用寿命的潜

在隐患。因此，对TPU进行复合改性制备拥有优异的力学性能和导热性能的TPU

纳米复合材料对拓展TPU的应用领域，提升其附加值具有重要的实际意义。

目前，TPU的纳米复合改性已经取得了长足的进展，许多种类的填料已经

被添加到TPU中，但传统的制备技术难以在复合材料中构建完善的导热网络，

复合材料中聚合物基体与填料之间的界面结合强度不足，填料的分散性较差，因

此所制备的TPU复合材料性能提升不明显。AlO价格低廉，具有优良的机械性

23

能和导热性能（30-42W/m∙K），正成为制备TPU导热纳米复合材料的广泛应用

的陶瓷填料。特别是通过化学改性，可以减弱AlO的团聚倾向。多壁碳纳米管

23

（MWCNTs）是一种典型的一维碳纳米材料，因其优异的导电性、导热性、高

长径比与高比表面积和高力学强度，从而被广泛应用于高性能纳米复合材料的功

能性填料。石墨烯（G）是一种单层蜂窝状二维晶体，其通过共价键由单层碳原

子结合，石墨烯因具有优异的力学性能、导电、导热与透光率被认为是改善聚合

物力学、导热等性能的理想增强相。氮化硼（BN）是仅由硼原子和氮原子构成

的二元无机结晶材料，其元素组成及结构使得其本身有很好的绝缘性和机械性能，

其带隙约为5-6eV，而杨氏模量甚至可高达1.3TPa。氮化硼还有着很好的化学

稳定性，与大部分的无机酸或碱不发生反应，且有很好的热稳定性能，其受热温

度能够达到1000℃，氮化硼良好的导热性能归因其结晶度高、结构缺陷少，因

此氮化硼是改善聚合物导热性能的最佳优选填料之一。本文首先通过组分设计，

分别采用不同尺度的AlO、MWCNTs、G与BN对TPU进行共混改性，以借助

23

共混各个组分的优点产生协同效果，再通过在共混物中添加填料来制备TPU基

纳米复合材料，以期制备具有优异综合性能的TPU纳米复合材料。

本文的研究内容如下：

第一部分，采用微米氧化铝（μmAlO）/纳米氧化铝（nmAlO）对TPU进

2323

行协同改性制备TPU纳米复合材料。为了改善AlO的分散，首先采用偶联剂

23

DL-411（ACA）对μmAlO进行化学功能化改性，然后再与nmAlO进行杂化

2323

后，通过熔融共混法制备了TPU/μmAlO-ACA/nmAlO纳米复合材料。红外光

2323

谱分析证明偶联剂DL-411改性μmAlO成功。μmAlO-ACA在TPU基体中分

2323

I

TPU基导热纳米复合材料的制备与性能研究

布较均匀，界面相互作用强。力学性能分析表明，在填料含量为9%且

μmAlO-ACA:nmAlO3:1时得到的TPU纳米复合材料最佳。