AIN填充PA6導(dǎo)熱復(fù)合材料的制備和表征

  隨著電子器件密度增加和快速集成電路的要求，對微電子封裝材料的散熱變得越來越重要。事實上，不能充分地把熱量從芯片上移除已經(jīng)制約了工程領(lǐng)域許多新產(chǎn)品的設(shè)計，高分子導(dǎo)熱復(fù)合材料由于其高絕緣性，可加工設(shè)計度高，耐腐蝕等優(yōu)點而在散熱材料領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，用高導(dǎo)熱無機填料填充高分子是解決材料散熱問題的一種經(jīng)濟**的方法。氮化鋁AIN）是一種高導(dǎo)熱的無機填料，研究AIN填充聚乙烯PE)導(dǎo)熱絕緣復(fù)合材料的熱導(dǎo)率達到了2.01 W/ m· K)。研究了AlN的填充量、聚苯乙烯PS）粒子的大小、溫度等對AlN/PS體系的熱導(dǎo)率的影響。尼龍6PA6）是五大工程材料之一，綜合性能優(yōu)良，PA6的強極性使得它與填料之間結(jié)合較好，并且它具有較低的熔體黏度及自潤滑作用，可以制備高填充復(fù)合材料。本文利用AIN的高導(dǎo)熱性能，通過對填料的偶聯(lián)劑改性，AIN含量以及AlN的粒徑大小的研究來制備出綜合性能良好的導(dǎo)熱復(fù)合材料。

試樣制備

  將KH550用乙醇稀釋KH550和乙醇體積比1 : 2）后與AlN在高速混合機中共混10~15 min進行填料改性處理，PA6放在電熱鼓風干燥箱，設(shè)定溫度為100 ℃，干燥8 h，將干燥后的PA6與改性過的氮化鋁填料高速混合之后進行擠出造粒，擠出造粒工序中，三螺桿擠出機主螺桿轉(zhuǎn)速設(shè)置為40 r/min，喂料螺桿轉(zhuǎn)速設(shè)置為7 r/min，采用水冷切粒的方式制備注塑母料，將切粒母料置于烘箱中80℃環(huán)境下干燥8 h，用于動態(tài)注射成型制備力學(xué)樣條，利用平板硫化機熱壓成型制備導(dǎo)熱樣條。

AIN含量對復(fù)合材料導(dǎo)熱性能的影響

  導(dǎo)熱填料含量是影響高分子導(dǎo)熱復(fù)合材料的一項重要數(shù)據(jù)，圖1為AlN粒徑為3 um，偶聯(lián)劑含量為1 %，不同AlN含量的復(fù)合材料的導(dǎo)熱數(shù)據(jù)。從曲線圖1可以看出，隨著AlN含量的不斷增加，復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)也呈現(xiàn)不斷上升的趨勢，當AIN含量從50%增加到60%時，熱導(dǎo)率有一個較大程度的提高，熱導(dǎo)率是PA6的4.97倍。這是因為在導(dǎo)熱填料含量比較低時，填料在基體中的分散處于一種海-島的結(jié)構(gòu)，填料彼此之間的距離很大，不能相互接觸形成良好的導(dǎo)熱網(wǎng)鏈，隨著含量的增加，填料之間的間隙變小，當達到一定的臨界含量，這個臨界含量就是“滲濾”閾值，導(dǎo)熱填料達到“滲濾”閾值之后，填料之間彼此接觸，填料粒子相互接觸的幾率和數(shù)量大大增加，形成大規(guī)模的導(dǎo)熱網(wǎng)鏈，導(dǎo)致熱導(dǎo)率的迅速上升，此時繼續(xù)增加導(dǎo)熱填料含量，熱導(dǎo)率增加趨勢變緩。

圖1 AlN含量對復(fù)合材料導(dǎo)熱性能的影響

偶聯(lián)劑含量對復(fù)合材料力學(xué)性能的影響

  圖2所示為復(fù)合材料力學(xué)性能隨偶聯(lián)劑含量的變化圖，可以發(fā)現(xiàn)AIN/PA6的拉伸強度和彎曲強度的變化趨勢大致相同，偶聯(lián)劑的加入改善了填料和基體的相容性，偶聯(lián)劑既含有與填料起化學(xué)作用的官能團，又有與基體起作用的官能團，當偶聯(lián)劑在填料表面形成單分子層時，界面的黏結(jié)效果更好，起到增強作用，當偶聯(lián)劑含量繼續(xù)增加時，多余的偶聯(lián)劑分子會進入基體之中，破壞界面之間良好的浸潤性，拉伸強度和彎曲強度都隨之下降。沖擊強度在偶聯(lián)劑含量為2%時，達到7.1 kJ/m2，比沒處理的AIN/PA6復(fù)合材料的沖擊強度還小，因為偶聯(lián)劑造成的界面間偶聯(lián)劑分子的堆積產(chǎn)生了薄弱點，起不到增強作用，反而使得復(fù)合材料的強度下降。

圖2偶聯(lián)劑含量對復(fù)合材料力學(xué)性能的影響

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