聚苯硫醚(PPS)具有优异的力学、阻燃、热稳定和尺寸稳定性能等,广泛用作电子元器件的外壳及封装材料。这些应用对材料的导热性往往要求较高,但PPS本身的导热系数较低。通过填充导热填料可以提高PPS的导热系数,合适的填料还赋予其优异的力学性能等。
具有大比表面积和长径比的纳米材料如石墨烯、碳纳米管等在较低用量下就能形成导热网络,其导热逾渗值较低,能明显提高PPS的导热系数。Gu等研究了石墨烯(GNPs)在PPS中的导热逾渗行为,发现GNPs的体积分数为6.5%时,体系出现导热逾渗行为。
不同种类或形状的导热填料复配能更明显提高PPS的导热性能,Pak等采用质量分数分别为49%的多壁碳纳米管(MWCNT)和1%的氮化硼(BN)复配填充改性PPS,复合材料的导热系数从相同质量的单一氮化硼(BN)改性PPS的1.0W/(m·K)提高到1.7W/(m·K)。
微米级氧化铝(Al2O3)填充PPS,可以提高其导热性能,但会造成复合材料力学性能严重下降。玻璃纤维(GF)是高分子材料中常用的增强填料,分散在聚合物基体中的长度约为100~400μm,远大于Al2O3等导热粒子的粒径,其本身的导热能力强于聚合物材料。
在PPS/Al2O3体系中填充GF,复合材料的力学性能会明显增加。同时,GF的填充对导热性能也应该有较大的影响,但这方面并没有引起足够的关注。本文通过实验研究了PPS/GF/Al2O3体系中GF对导热的作用。
实验过程如下:将Al2O3、GF和PPS于鼓风干燥箱中100℃下充分烘干。按照配方比例,将PPS加入哈克转矩流变仪,在290℃和50r/min转速下PPS密炼5min至充分塑化,然后加入预先混合均匀的GF和Al2O3,继续混炼5min。混料经过破碎、注塑和压模,制得系列PPS/GF/Al2O3试样。
结果表明:1)GF复配Al2O3填充PPS,当GF替代部分Al2O3时,相同填料用量下PPS/GF/Al2O3的导热系数明显低于PPS/Al2O3的导热系数。当GF替代部分PPS时,相同Al2O3用量下PPS/GF/Al2O3的导热系数则高于PPS/Al2O3的导热系数。
2)当Al2O3用量在40%~50%的范围内,PPS/GF/Al2O3复合体系中Al2O3粒子之间的间距适中,GF对Al2O3粒子导热网络的形成具有明显的桥接作用。
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