论文总字数：16436字

摘 要

氮化硼作为具有优异介电复合材料性能的无机填料，能够提高聚合物基体的导热性等，氮化硼/环氧树脂复合材料有电绝缘性，导热性等性能，是环氧树脂复合材料应用领域的研究热点。本论文，首先综述了氮化硼，环氧树脂以及聚丙烯的基本性能，并选择胺类固化剂进行固化。采用球磨，浇注等实验操作制备氮化硼/环氧树脂复合材料，用扫描电镜观察样品的表观特征，通过热成像仪测试其导热热性能，冲击强度试验机测试抗冲击性能，热导仪测试其热导率。结果发现：与纯和环氧树脂材料相比，添加氮化硼后复合材料的热导率有显著的增加，抗冲击性能却下降；将氮化硼包裹在聚丙烯球之上比未加入聚丙烯的综合性能好；氮化硼含量为30wt%时，热导率是纯环氧树脂的2.86倍；氮化硼含量为25wt％时，用球磨法将氮化硼包裹在聚丙烯上，热导率是纯环氧树脂的4.28倍。聚丙烯在其中构成一个框架，氮化硼包裹在聚丙烯球上时，并不是像只是单独加入氮化硼时，只是无规分布在环氧树脂中，这是热导率提高的的主要原因；最后展望了今后氮化硼/环氧树脂复合材料的今后研究方向。

关键词： 氮化硼 环氧树脂 聚丙烯 热导率 抗冲击强度

Preparation and properties of BN /EP Composites

Abstract

Boron nitride, as an inorganic filler with excellent dielectric properties, can improve the thermal conductivity of the polymer matrix. Boron nitride/epoxy resin composites have electrical insulation, thermal conductivity and other properties. It is a hot topic in the application field of epoxy resin composites. In this paper, the characteristics of boron nitride, epoxy resin and polypropylene are reviewed, and amine curing agents are selected for curing. Boron nitride / epoxy resin composite was prepared by ball milling and pouring. The apparent characteristics of the sample were observed by scanning electron microscope. The heat transfer performance was tested by the thermal imager. The impact strength test machine tested the impact resistance. The thermal conductivity was tested by the thermal conductivity detector. The results showed that the thermal conductivity of the composite was significantly increased by and the impact resistance decreased, compared with the pure epoxy resin. Boron nitride wrapped on the polypropylene ball was better than that of the polypropylene. When the boron nitride content was 30wt%, the thermal conductivity was 2.86 times as high as that of the pure epoxy resin.When boron nitride content is 25wt%, boron nitride is coated on Polypropylene by ball milling, and the thermal conductivity is 4.28 times that of pure epoxy resin. Polypropylene is a framework in which boron nitride is wrapped in the polypropylene ball. It is not a random distribution of boron nitride in the epoxy resin. This is the main reason for the increase of thermal conductivity. Finally, the future research direction of boron nitride / epoxy resin composites is prospected.

Key words: Boron nitride; Epoxy resin;Polypropylene;Thermal conductivity; Impact resistance

目录

氮化硼/环氧树脂复合材料的制备与性能研究 II

摘要 II

Abstract III

目录 IV

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 氮化硼简介 1

1.3 聚丙烯简介 2

1.4 环氧树脂简介 2

1.4.1 环氧树脂的种类 2

1.4.2 环氧树脂的固化 3

1.4.3 双酚A型环氧树脂的性能 4

1.4.4环氧树脂的应用及发展 4

1.5 填充剂改善环氧树脂复合材料 4

第二章 实验部分 6

2.1 实验原料及设备 6

2.2 制备方法及工艺条件 6

2.2.1 氮化硼与环氧树脂的共混 6

2.2.2 球磨法混合氮化硼和聚丙烯 7

2.2.3 聚丙烯-氮化硼/环氧树脂复合材料的制备 7

2.2.4 抗冲击样条的制备 7

2.3 测试表征 7

2.3.1 SEM表征 7

2.3.2 热成像 7

2.3.3 抗冲击性能测试 8

2.3.4 热导率测试 8

第三章 结果与讨论 9

3.1 氮化硼/环氧树脂复合材料的SEM表征 9

3.2 氮化硼/环氧树脂复合材料的热成像 11

3.3 氮化硼/环氧树脂复合材料的抗冲击性能 13

3.4 氮化硼/环氧树脂复合材料的热导率 14

第四章 结论与展望 15

4.1 结论 15

4.2 展望 15

参考文献 16

致谢 17

第一章 绪论

1.1 引言

近年来，热管理引起了人们的高度关注，热耗散已成为一个重要问题。由于微电子器件中的晶体管的小型化和集成趋势，制造更强大和更可靠的器件^[1-2]。需要导热但电绝缘的材料作为电子封装中的热界面材料。迄今为止，已经进行了许多尝试来搜索散热候选者。 例如，金属不能用于此目的，因为尽管它们具有优异的热性能，但导电性也是如此。 碳纳米管，石墨烯，钻石具有出色的热管理性能，但其制造工艺困难或价格昂贵。 掺入无机填料的基础聚合物的复合材料是潜在的候选者，并且其可加工性和低密度受到越来越多的关注，尽管聚合物几乎是电绝缘的并且热导率低得远低于所需水平^[3–4]。因此，为了提高热导率，应将高比例的无机填料添加到聚合物基质中^[5]。EP因为它的化学性能以及物理性能都比较优良，而且它的成型加工比较简单，各个行业中都能发现它的身影。但它本身的耐热性能比较差，对于EP进行填加填料来改善材料的综合性能^[6]。

1.2 氮化硼简介

BN是碳的等离子体，具有各种结晶形式，比如六方晶系的，还有菱形晶系，立方晶系，斜方晶系，纤锌矿，层与层之间是混乱的结构以及无定形结构^[7]。这些结晶形式中有一个比较特殊也比较常用的就是六方氮化硼(h-BN)，h-BN的结构有点像石墨，是白色的一层一层一样的结晶，因为和石墨的结构有点类似，也习惯的将h-BN称为“白色石墨”^[8]。h-BN的密度为2.27g/cm³ ，密度算比较低了， 但是它具有一些比较优良的性能，比如它有在很高的温度中保持自己本身的特性，持久性，还有很好的机械性能，优秀的绝缘性能，化学惰性等。在h-BN很多优良的物理化学性质中,最让人们对它产生兴趣的是其优异的导热性和绝缘性。h-BN水平方向也就是面内的导热系数在（300W/(m·K)～2000W/(m·K)）,金属和陶瓷这些材料中的大部分都比h-BN的导热系数低很多,石墨烯的热导率很高有（1500W/(m·K）～2500W/(m·K）），但人们觉得h-BN纳米片的导热系数应该在600W/（m·K），同时h-BN微片有一个很大的特征，存在导热的各向异性，并且其面内的导热系数为面外的导热系数的20～30倍^[9]。然而，我们目前对于它的利用通常局限在其面外的导热系数，但是h-BN的在导热绝缘材料的制备中的应用还是非常的广泛的。

图１.（a）六方氮化硼结构示意图^[10]；（b）六方氮化硼微片导热系数示意图[11]

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