氮化鋁高導熱絕緣復合材料的性能（AlN）

      聚全氟乙丙烯(FEP)是四氟乙烯和六氟丙烯的共聚物,具有類似PTFE優良的物理化學性能和PTFE所不具備的良好的可加工性，而且本身具有一定阻燃性,不需加阻燃劑,是一種優良的電絕緣材料。氮化鋁(AIN)陶瓷導熱性能好,熱膨脹系數小,絕緣性能好,介電常數和介質損耗小.將氮化鋁加入聚全氟乙丙烯中制成AlN/ FEP復合材料,可以結合FEP和 AIN各自的優點,有望得到具有高導熱﹑高絕緣﹑耐高溫等**性能的導熱絕緣材料。目前,關于氮化鋁和FEP復合材料制備﹑結構與性能的研究還很少。采用FEP為基體,偶聯處理的AIN為填料,通過共混、模壓等工藝制備了FEP/ AIN 導熱絕緣復合材料,研究AIN粉體含量對材料導熱率﹐體積電阻率,力學以及流變性能的影響。

      圖1為AIN/ FEP熱導率與AlN質量百分含量的關系。從圖1可以看出,FEP/ AIN材料在AlN含量較低如10 %以下時,其熱導率變化率較小;當含量超過20 %時,熱導率增加率稍微變快。在本實驗條件下,當AIN填充量達到30 %時，FEP/AIN材料的熱導率可達2.22 W/ (m K) ,相對于純的FEP樣品﹐其熱導率提高了近9倍。

      當AIN填充量比較小時，填料孤立的分散在體系中,它們之間沒有接觸和相互作用。此時導熱性能隨填料的增加而增加緩慢,但是當填料量達到某一臨界值時，填料之間開始有了相互作用,在體系中形成了連續貫通的導熱網絡,復合材料的熱導率隨填料含量的增加而**增大。在圖1中看到AlN含量與材料的熱導率呈近似于簡單的線性關系,未能看到有明顯的臨界點.這說明,由于粉體本身呈顆粒狀,當其質量百分含量少時,在FEP/AlN材料中所占的相應體積也小，因而AlN不能在體系中形成連續貫通結構,而以孤立的“海島”結構分布在FEP的基體中，如圖2的SEM照片所示。如果再提高AIN的含量，AIN顆粒相互接觸的可能性增加 ,復合材料的導熱性能就進一步提高?？紤]到填料的繼續增加會影響材料的絕緣性能和加工性能,所以本實驗中AIN含量到了30 %時,已經可以滿足導熱性能的需要。

  在FEP/A1N復合材料中,AlN 作為填充劑是分散相，連續相的FEP是復合材料力學性能的支持因素。研究表明,無機粉末加入到有機基體中,通過偶聯處理可以提高兩相的結合力,從而提高其力學性能。這是因為在反應性偶聯劑的存在下，AlN可以和偶聯劑之間形成牢固的物理化學結合，并通過偶聯劑和FEP之間形成力學作用層。所以用鈦酸酯偶聯劑處理AlN粉體以改善其與 FEP界面相互作用力,提高復合材料的力學性能。

  AlN的含量對復合材料機械性能的影響如圖3所示。從圖3可看出,隨著AIN含量的增加,復合材料的拉伸強度呈上升趨勢,而斷裂伸長率則呈下降趨勢，即拉伸強度的增加是以犧牲材料的塑性為代價的。與純的FEP相比,當AIN含量為30 %時,復合材料的拉伸強度從原來的12.97 MPa 上升到17.25MPa；斷裂伸長率從原來的410 %下降為27.37 % 。AlN粉末增強FEP的機理和其他無機粉末填充材料的增強機理是一樣的。增強的原因是基體的微觀結構產生了變化,并可用位錯強化和彌散強化機制進行評估。

  當AlN含量為30 %時,FEP/AIN復合材料的大負荷峰升高,熔融溫度基本保持不變，因此AlN含量較低時對復合材料的流變性能影響不大。

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