导热颗粒填充聚砜复合材料的制备与性能研究

聚砜作为绝缘和支撑定位材料已在某武器装备中应用，由于热导率低，环境温度变化会出现局部热聚集，造成热疲劳失效和应力开裂等系统失稳问题。本项目采用片状六方氮化硼和纤维状碳化硅晶须作为具有导热绝缘功能的复配填料，在较小填充量下形成连续导热网络，制备高导热低膨胀电绝缘的聚砜复合材料。研究了填料种类、形状、尺寸和配比等因素对聚砜复合材料导热性能的影响规律，通过对导热填料表面改性，研究了导热填料表面特性对聚砜复合材料导热性能的影响规律。结果表明：在相同体积填充分数下，导热填料热导率越高，对聚砜复合材料热导率的提高效果越明显；片状填料和纤维状填料比颗粒填料在基体中更易形成导热通路；纳米尺寸的六方氮化硼在基体中形成导热通路的能力大于微米尺寸的六方氮化硼，其对聚砜复合材料导热性能的提高效果较好，但在高填料用量时，差别不大；六方氮化硼和碳化硅晶须配比为4/1时，对复合材料热导率的提升最为有利，填料用量50wt%时热导率可达2.874W•m-1•K-1；对导热填料改性的最优化条件为偶联剂用量2wt%，pH值4.5，改性时间2小时。导热填料的填充方式决定了填料在基体中的分布状态，影响复合材料内部导热网链的形成，通过选用密炼机熔融混合、双辊开炼机辊炼混合和球磨机球磨粉末混合等不同方法制备聚砜复合材料，研究了导热填料的填充方式对聚砜复合材料导热性能的影响规律，研究表明：粉末混合更有利于提高聚砜复合材料的导热性能。通过导热填料与聚砜基体之间的界面密度、形貌和组成与填料形状、尺寸的关系分析，研究了导热填料与聚砜基体之间的界面热传导行为，掌握了导热填料的界面效应对聚砜复合材料热传导机制的影响规律。结合热导率实测数据和性能表征技术，建立了聚砜复合材料的导热模型和热导率方程。