摘要
高性能的电子和电气设备需要优异的散热和电气绝缘性能，以满足日益增长的小型化和集成化的需求。聚醚醚酮（PEEK）及其复合材料自商业化以来备受关注。由于其各种优异的性能，在很多领域都得到了广泛的应用。然而， PEEK 是热的不良导体，室温下其导热系数（λ）仅为 0.25W/(m·K)，研究人员致力于制备 PEEK 基导热复合材料以扩大应用范围。复合材料大部分都是通过熔融共混制备，在复合材料内部不能形成有效的导热网络，因而远远不能达到预期要求。为了提高 PEEK 基导热复合材料的导热性能，需要在基体中构建有效的导热网络。本论文以 PEEK 为基体，选择羟基化氮化硼（fBNNSs）和羧基化多壁碳纳米管（fMWCNT)为填料，利用静电纺丝技术制备了具有取向填料结构的高导热复合材料。详细地讨论了填料含量和填料的分布状态对复合材料导热性能及其他性能的影响。主要研究内容包括以下两个部分： 1、将PEEK磺化得到磺化聚醚醚酮（SPEEK），侧链的磺酸基使其可溶，有利于制备纺丝液。利用静电纺丝和热压技术得到 fBNNSs@fMWCNT/SPEEK混杂复合材料，研究发现与铸膜方法相比，通过静电纺丝制备的复合材料中fBNNSs 取向排列，并且 fMWCNT 作为“桥”连接了分散的 fBNNSs，构成了高 效 的 导 热 通 路 。 通 过 对 填 料 比 例 的 优 化 发 现 ， 当fBNNSs:fMWCNT=25:1(wt%:wt%)时，混杂复合材料呈现最佳导热性能，面内导热系数（λ∥）达到了5.25W/(m·K)，是同一组成铸膜复合材料的1.5倍，同时体积电阻率为2.15×1015Ω·cm，满足了材料对于高导热电绝缘性能的要求。利用Foygel 模型计算得到了取向与非取向结构复合材料的界面热阻，取向结构的界面热阻显著降低。同时将 PEEK 薄膜与上述混杂复合纤维膜进行层层堆叠，利用热压法得到“三明治”结构的复合材料。当二者质量比为1:1时，复合材料的λ∥为3.1W/(m·K)，比PEEK提高1200%。 2、合成了具有酮亚胺结构的可溶性聚芳醚酮亚胺（PEEKt），通过静电纺丝得到 fBNNSs@fMWCNT/PEEKt 混杂复合纤维，然后通过酸解反应和热压技术得到混杂复合材料。通过研究发现，酸解得到的 APEEKt 与 PEEK 具有相同的结构和性能。系统研究了fBNNSs和fMWCNT的分布状态、含量、以及功能化前后对复合材料导热性能的影响。当 fBNNSs:fMWCNT=25:1(wt%:wt%)时，混杂复合材料的λ∥达到了6.02W/(m·K)，体积电阻率为4.02×1016Ω·cm，复合材料同时具有高导热电绝缘性能。同样利用 Foygel 模型计算了复合材料的界面热阻，具有取向结构且功能化填料的复合材料的界面热阻显著降低。上述结果为通过静电纺丝-热压技术制备在导热且电绝缘PEEK复合材料领域的研究提供了新的思路。
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