uhmwpe-lldpe-bn复合塑料导热性能研究

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1、2009年中国工程塑料复合材料技术研讨会论文集UHMWPE／LLDPE／BN复合塑料导热性能研究周文英1于德梅1·2安群力3齐暑华3(1．西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室，西安710049；2．西安交通大学理学院应用化学系。西安710049；3．西北工业大学理学院应用化学系，西安710072)摘要将氮化硼(BN)粒子和超高分子量聚乙烯／线性低密度聚乙烯(UHMWPE／LLDPE)分别用熔融辊炼法和粉末混合法制备导热聚乙烯塑料。研究了制备方式、填料含量及偶联剂对填料分散状态及体系热导率、

2、热阻的影响。研究结果表明：粉末法制备的塑料由于BN的高分散效果使得体系的导热性能明显高于熔融辊炼法制备的体系，热导率随填料用量增加，偶联剂处理有利于提高塑料的热导率。在UHMwPE／LLDPE／BN中添加少量氧化铝短纤维有助于提高体系的力学强度、韧性及热导率。关键词氮化硼聚乙烯粉末加工热导率导热塑料是将高导热性增强材料添加在工程或通用塑料中复合而成，不仅具有高的热传导性能，还保留了塑料在设计、性能和成本方面的优点，具有散热均匀、轻质、成型加工方便、热膨胀系数低和设计自由度高等优点，为当今工程界面

3、临的热量积聚和散失挑战提供了行之有效的解决方法【lJ。因而，广泛用于航空、航天、武器装备、电子、电器、汽车、医药、食品等行业旧J。超高分子量聚乙烯(UHMWPE)力学强度高、冲击性能优良，耐磨、耐溶剂并具有优良的电学性能。在导热UHMWPE塑料方面，利用氮化铝填充UHMWPE制作韧性导热基板已有研究HJ。笔者采用氮化硼(BN)粒子填充UHMWPE来制备高导热塑料，鉴于UHMWPE熔体黏度大，为降黏度，加入40％的线性低密度聚乙烯(LLDPE)以改善加工性能。研究表明HJ，熔融、辊炼、溶液及粉末四

4、种混合方式中，采用粉末混合法的体系中填料粒子分散效果最好，所得塑料热导率最高。粉末混合、热压法制备导热塑料国内外已有研究【5。】。笔者分别采用熔融辊炼和粉末混合法，经热压成型制备试样，研究加工方式对材料微观结构及热导率的影响，此外，探讨硅烷偶联剂对热导率的影响及氧化铝短纤维对导热塑料力学强度和韧性的影响。l实验部分1．1原材料LLDPE：SR646，MFR为4—5g／10win，韩国现代公司；UHMWPE：粉状，北京第二化工助剂公司；BN：片状六方结构，白色粉末，山东淄博市新阜康特种材料有限公司

5、；氧化铝短纤维：上海硅酸盐研究所；分散剂：PE腊，4型粉状，北京化工大学精细化工厂；抗氧剂：B215，北京加成助剂研究所；硅烷偶联剂：KH一550，南京曙光化工有限公司。主要原材料物理性能如表1所示。襄1LLDPE、UHMWPE及BN的物理性能项目UDPEUHMWPEBNA1203(f)密度／g·cm。3O．930．942．273．97热导棚·(m·K)。1O．220．2630X—y一300．Z一3电阻率／n·咖≥1017≥10“≥10t4拉伸强度／MPa2534，断裂伸长率／％650350，介

6、电常数2．42．13_56_7大颗粒l∞ld=8，平均粒径／tun或150￡=2—3mm1．2设备与仪器双滚筒混炼机：SK一160B型，上海橡胶机械厂；压力成型机：SL一45型，上海第一机械厂；塑料磨粉机：ASK型，西安超码复合材料公司；热导率仪：DRM一2型，西安航天材料公司；热阻仪：XYYX一2型，咸阳航鸣电子有限公司；扫描电镜(SEM)：KYKY-2000型，中国科学院科学仪器厂；高阻抗电阻率仪：ZC一36型，上海第六电表厂；介电性能测试仪：$914型，上海爱仪电子有限公司；万能力学测试机

7、：ZMGl250型，深圳新三思公司。1．3试样制备(1)粉末法制备UHMWPE／LLDPE／BN复合塑月女#，#：uHMwⅣL啪ⅣBN￡☆∞#{*＆％日E料在塑料磨粉机中将LLDPE颗粒研磨至一定粒径．按比例称量研磨细的LLDPE粉和UHMWPE(UHMWPE与LLDPE的质量比为46)、BN粉末，放^球磨罐中球磨约1—2h，球磨完毕，将混合粉和PE蜡、抗氧剂等置于模具中，在热压成型机上成型，温度180。C．热压15rain．冷却，开模．取样，按照测试样品尺寸裁取测试样。(2)辊炼法制备UHMW

8、PE／LLDPEdBN复合塑料将辊筒加热至约160℃，接此例称量LLDPE颗粒和UHMWPE、BN粉末，故人辊简中辊炼约30rain，完毕，将混台物置于模具中，在热压成型机E成型，成型条什同粉末法。I4性能测试参照ASTMD一5270—06标准测试热导率；参照GB／TIl205—1989标准测试热玛】；按照GB／T1410—2006标准测试体积、表面电阻率；参照GB／T1409—2006标准测试介电性能；参照GB／T1040—1992标准测试拉伸强度；扫描电镜试样预先在液氮中脆断后．断面喷盘．观