摘要
随着化工、汽车、电子行业的飞速发展，对各种散热材料的需求不断增加。其中聚合物基导热复合材料因具备易加工、质轻、耐腐蚀、成本低廉、韧性好等优异的性能，从而成为目前学术界及工业界关注的焦点，并在散热材料研发及应用领域形成了“以塑代钢/铝”的发展趋势。 首先，本课题选用膨胀石墨(PG)和自制蠕虫石墨(rPG)为导热填料，分别以尼龙6(PA6)和线性低密度聚乙烯(LLDPE)为基体树脂，制备系列LLDPE/PG、PA6/PG、PA6/rPG导热复合材料。研究发现:采用偶联剂对导热填料进行表面处理和在基体树脂中复配填充适量的碳纤维两种手段，均能有效提升复合材料的热导率，其中PG和rPG在PA6中的分散性更佳。PG填充量高达35wt％时，LLDPE/PG复合材料才能具备较佳的导热性能（热导率＞1W·m-1·K-1）;而仅填充5wt％的rPG时，PA6/rPG复合材料的热导率即可达1.05W·m-1·K-1。但采用上述体系所制备的复合材料的力学性能显著下降，导致其应用范围受限。 然后，为了制备兼具高导热性能和较佳力学性能的导热复合材料，本课题选用有“新材料之王”之称的石墨烯为导热填料（实验选择G001型石墨烯与aG600型石墨烯作为导热填料），PA6为基体树脂，制备系列PA6/石墨烯导热复合材料。通过对上述2种石墨烯导热填料进行磺化改性，出人意料地发现以磺化改性的石墨烯为导热填料所制备的PA6基导热复合材料性能优良。研究发现，对于缺陷较大的aG600型石墨烯而言，填充1wt％的磺化改性aG600，复合材料的热导率高达0.79W·m-1·K-1;填充3wt％的磺化改性G001，复合材料的热导率可达1.01W·m-1·K-1。但目前石墨烯价格昂贵，且生产技术不成熟，以其为导热填料会导致复合材料的工艺成本大幅度增加，同样会限制其实际应用。 最后，本课题选用价格较为低廉、表面含有较多活性含氧官能团的氧化石墨烯为导热填料的原料，并通过对其改性之后与PA6进行复合，制备系列成本更低且性能较佳的PA6/石墨烯导热复合材料。通过对氧化石墨烯进行先磺化再还原改性后，得到的石墨烯填料的表面成功引入了磺酸基，有利于填料在PA6中的分散;另外，相较于氧化石墨烯，经还原后得到的磺化石墨烯缺陷的降低也可提升其导热性能。对氧化石墨烯的改性工艺进行了优化，以所制备的磺化石墨烯为填料与PA6复合制备导热复合材料，发现磺化石墨烯填充量为7wt％时，复合材料的热导率可达到1.00W·m-1·K-1，力学性能也较佳，可满足实际应用的要求。此项研究为工业化制备PA6/石墨烯导热复合材料提供了依据。
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