摘要
聚酰亚胺(PI)作为21世纪最有潜力的工程塑料之一，由于主链上含有酰亚胺环(-CO-N-CO-)以及芳香环等刚性结构，其具有优越的机械性能、高低温抗扰度、高绝缘、化学稳定性以及耐紫外辐射等性能，广泛应用于航空航天、电子封装、柔性屏幕、高频变压器以及绝缘材料等领域。在电子封装材料方面，分子链无规排列的聚酰亚胺本身热导率较低(约为0.2W/mK)，远远达不到电子器件的快速散热要求，如何实现有效散热已逐渐成为制约电子器件发展的关键问题。未来电子产品朝着更薄，更轻，可弯曲，可折叠方向发展，因此开发柔性的聚酰亚胺导热复合材料已成为高分子复合材料理论和应用研究的热点。 本课题采用涂膜法和冰模板-热压法两种手段，以氮化硼和MXene纳米片为导热填料，制备了聚酰亚胺导热复合薄膜，主要考察了导热填料的含量对聚酰亚胺复合薄膜的微观结构、热稳定性能、导热性能、热膨胀行为及绝缘性能的影响。主要研究结果如下: (1)基于机械-液相剥离相结合的手段，将KH550成功接枝到BN上，采用涂膜法制备了厚度约50-70μm的PUBN复合薄膜。PI/BN复合薄膜的面内和面外热导率均随BN的含量增大逐渐升高。当BN含量为20wt％时，PI/BN复合薄膜的面内热导率可达到1.998w/mK，较PI薄膜导热率提升了894％，其面外热导率为0.668W/mK，比纯PI提高了234％，可见BN的加入能显著提高PI的导热性能。该复合薄膜还显示出优异的热稳定性(初始分解温度为530℃)和电绝缘性能(＞1013Ω·cm)，但由于填料在基体中发生团聚，使得力学性能有所下降。 (2)基于冰模板和热压成型相结合的方法，有效构建了三维高度有序的网络结构，分别以BN与MXene为单一导热填料制备了PI/BN和PI/MXene导热复合薄膜，其导热性能、力学性能、热稳定性能均优于涂膜法制备的PI/BN导热复合薄膜。当填料的含量为20wt％时，PI/BN复合薄膜的面内热导率为3.02W/mK，PI/MXene复合薄膜的面内热导率为3.44W/mK，分别较PI薄膜导热率提升了1410％和1620％。BN含量为10wt％PI/BN复合薄膜的拉伸强度达到最大值87.1MPa，而MXene含量为15wt％PI/MXene复合薄膜的断裂伸长率达到最大值18.3％，均明显高于纯PI薄膜。BN和MXene填料的加入均使复合薄膜的初始热分解温度和最大分解温度增大，提高了复合薄膜的热稳定性。 (3)采用冰模板和热压成型相结合的方法制备了PI/BN-MXene导热复合薄膜。二元复合填料的加入进一步提高了复合薄膜的导热性能。当BN-MXene填料含量为20wt％时，PUBN-MXene复合薄膜的面内热导率可达4.38W/mK，较PI薄膜导热率提升了2090％。BN和MXene二元导热填料的加入并没有改变聚酰亚胺本身具有的优异的绝缘性能(＞1013Ω·cm)和低介电性能，复合薄膜的尺寸稳定性进一步提高，热膨胀系数降到了40ppm/K。BN.MXene含量为20wt％的PI/BN-MXene复合薄膜的拉伸强度和断裂伸长率达到最大值，分别为87.5MPa，18.4％。表明BN和MXene具有协同导热和增强作用，这将进一步扩大PI复合薄膜的应用前景和范围。
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