论文总字数：22333字

摘 要

环氧树脂因具有优异的耐腐蚀性能、粘结性能、高强度比广泛用于树脂基复合材料的基体，而石墨具有优异的导电和导热性能，广泛应用于复合材料领域。石墨/环氧树脂复合材料可以结合二者的优点。

本文将不同膨胀倍数的膨胀石墨填充到环氧树脂基体中，采用液体酸酐甲基四氢苯酐(MeTHPA)作为固化剂，制备出环氧树脂导热复合材料。接着对材料在不同的膨胀倍数和石墨含量下的导热性能和冲击强度方面的差异进行对比分析，并结合扫描电镜（SEM）分析了超声过的填料对其分散性能和复合材料整体性能的影响。同时制备了EG/PES/EP复合材料，对其进行性能测试。

结果表明，膨胀石墨片经过超声后，在树脂基体中的分散效果变好，能够更加容易的分布于基体中，而110倍膨胀石墨效果要好于30倍膨胀石墨。随着石墨片含量的上升，此时大量的填料开始相互之间形成连贯的通道，相互连接的膨胀石墨片充当了传递热量的通道，使得材料的热导率大幅提高。添加膨胀石墨片后材料的力学性能优于没有填料无机添加时，但随着膨胀石墨片含量的上升，材料的力学性能呈逐渐下降的趋势。对于EG/PES/EP复合材料来说，含PES的复合材料在低填充量时与EP材料导热系数接近，当膨胀石墨片含量逐渐升高时，没有添加PES的复合材料导热系数要高于PES/EP的复合材料。

关键词：导热 环氧树脂 膨胀石墨 超声

Research on thermal conductivity of the epoxy/nano graphite piece composite material

ABSTRACT

Epoxy resin due to excellent corrosion resistance, adhesion properties, high strength is widely used in the resin matrix matrix composite material and graphite having excellent electrical and thermal conductivity, it is widely used in the field of composite materials. Graphite / epoxy composites can combine the advantages of both.

This article will expand different multiples expanded graphite filled epoxy matrix, using liquid acid anhydride MeTHPA as a curing agent, epoxy resin prepared by thermally conductive composite material. Then on differences in thermal conductivity and impact strength of the material at different multiples and expanded graphite content by scanning electron microscopy (SEM) analyzes the impact of filler dispersion and composites on its overall performance ultrasound before. At the same time we prepared EG / PES 5% graphite content under / EP composite materials, and its performance testing.

The results show that the expanded graphite sheet after ultrasound, dispersion in a resin matrix becomes better and can be more easily distributed in the matrix. Expanded graphite high temperature expansion and ultrasonic dispersed layer spacing becomes larger, slice thickness decreases, 110 times better than 30-fold expansion of the expanded graphite. After adding expanded graphite sheet mechanical properties superior to no inorganic filler added, but with the expanded graphite sheet content increased, the mechanical properties of the material showed a gradual downward trend. With the increase in the thermal conductivity of the graphite sheet material content increases, wherein the thermal conductivity of expanded graphite coated little difference before and after. For EG/PES/EP composite materials, composite materials containing PES at low loadings and thermal conductivity close to the EP, when the expanded graphite sheet content increased, not added PES composite thermal conductivity higher than the composite PES / EP's material.

Key words: Thermal conductivity； Epoxy；Expanded graphite；Ultrasonic

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 前言 1

1.1 研究背景 1

1.2 高分子材料导热机理与模型 2

1.2.1 高分子材料导热机理 2

1.2.2 高分子的导热模型 4

1.3 石墨的插层与膨胀 8

1.3.1 石墨的插层 8

1.3.2 石墨的膨胀 9

1.4 填充型导热复合材料制备方法 10

1.4.1 影响高分子材料导热率的因素 10

1.4.2 高分子复合材料的制备工艺 11

1.5 环氧树脂导热复合材料的研究进展 12

1.6 本文主要研究内容 13

第二章 环氧树脂导热复合材料的制备 14

2.1 主要原料 14

2.2 主要仪器及设备 14

2.3 实验过程 15

2.3.1 可膨胀石墨片的制备 15

2.3.2 石墨/EP导热复合材料的制备 15

2.3.3 石墨/PES/EP导热复合材料的制备 15

2.4 固化工艺的选择 16

2.4.1 凝胶时间的测定 16

2.4.2 DSC的测定 16

2.5 测试与表征方法 18

2.5.1 材料微观形貌的观察 18

2.5.2 材料热导率的测定 18

2.5.3 XRD表征 19

2.5.4 材料力学性能测试 19

第三章 结果与讨论 20

3.1 扫描电子显微镜的分析 20

3.2 材料导热性能分析 21

3.3 材料力学性能分析 23

3.4 材料的XRD分析 25

第四章 结论 26

参考文献 27

致谢 30

第一章 前言

1.1 研究背景

随着人类社会的发展，科学技术的进步，半导体技术日新月异，电子产品成为了人类生活中必不可少的商品。但是电子产品在不断发展的同时也面临着很多的的困难，例如电子器件的重量、体积，电子器件的信号传输，电子封装以及电子器件的工作效率等，其中电子封装逐渐成为国内外研究的热点。电子封装是集成电路的保护体，主要功能有以下几点：第一，用于连接电子元器件；第二，密封环境，满足特殊工况条件下的需要；第三，起绝缘保护作用；第四，散失电子元件工作时候产生的热量等作用。20世纪90年代，电子封装行业进入了一个日新月异的发展阶段。与此同时，电子封装面临着老化，散热不足影响电子器件的正常工作，不能满足更高条件下的使用等。电子封装的散热成为研究的重点。针对这一问题，国内外学者主要通过两种途径来改善电子封装散热问题：第一，合理的设计封装系统；第二，提高封装材料的导热性能。这两种方法相辅相成，但是过去把的研究的主要力量投入于封装系统的设计方面，近年来开始将研究重心转向对封装材料的研究。

常用的封装材料主要分为三大类，即金属封装材料、陶瓷封装材料、聚合物封装材料。目前为止，聚合物封装已占整个封装领域的95％左右，在工业元器件封装中，90％产品都采用聚合物封装；在民用器件封装中，聚合物封装已占几乎100％。为了顺应时代的发展需要，国内外学者致力研究出高导热，绝缘性能优异，更高性能的封装材料。早在1909年，L.Baeklamd便制作出了电子绝缘封装材料。该制备方法是将棉织物或纤维纸浸入酚醛树脂。而这种封装材料也是最早在电子基板上应用的聚合物封装材料。由于该封装材料制备方便、操作简单，封装后的产品质量轻，同时具有良好的电气绝缘性及介电特性，产品加工简单，成本低廉，因此广泛的应用在电子封装方面。环氧树脂封装材料由于具有良好的电气绝缘性、机械性好、粘结性能强、收缩性低、化学稳定性强等特点。经过50多年的发展，环氧树脂封装逐步发展成为一门高技术工业。现在环氧树脂封装材料在聚合物封装中占到90％以上。我国的聚合物封装起步于20世纪70年代，环氧树脂、有机硅、聚酰亚胺、聚四氟乙烯等是常用的聚合物封装材料。

1.2 高分子材料导热机理与模型

1.2.1 高分子材料导热机理

由导热的定义可知在物体内的不同温度部位或者直接接触的不同温度的两个物体之间，物质不发生相对位移(宏观位移)，只是通过组成物质的一些单位:分子、原子以及自由电子等微观粒子的热运动来传递能量。热传导是能量(热量)传递的基本方式之一。

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