聚乙烯纤维/氮化硼纳米片复合材料的制备与性能表征文献综述

 2021-12-21 21:21:37

全文总字数:4421字

文献综述

文 献 综 述1. 前言导热塑料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,为当今工程界面临的热量积聚和散失挑战提供了行之有效的解决方法。

氮化硼纳米片具有高导热性(300~2000W/(mK))、低膨胀系数、高温绝热性好、化学稳定性好、润滑性优异的特点[1,24]。

以聚乙烯纤维为基体材料,通过掺杂氮化硼纳米片,制备出聚乙烯纤维/氮化硼纳米复合材料,以提高聚乙烯纤维的热导率。

聚乙烯无毒无味、具有良好的耐寒性和耐化学腐蚀性,并且其具有介电强度高(介电常数维持在2.3左右)[4]、绝缘和对输送介质无污染等优点,因而被广泛应用于农业、石油、化工、市政工程建设各个领域。

随着高新技术和国防领域的蓬勃发展,聚合物材料自身较低的热导率已不能满足现代化材料的散热需求,因此对提高聚合物热导率,实现高效率传热的研究和产业化对国家经济的发展和高新技术的进步具有重要意义。

2. 聚乙烯纤维聚乙烯是一种重要的绝缘材料,超高分量聚乙烯更是以其优越的性能成为新一代工程树脂[2],与碳纤维、芳纶纤维 成为目前国内外应用最广的三大高性能纤维,是用于航天、航空、航海、军事、医疗等领域的理想材料[20],但较低的热导率限制了其进一步应用[3]。

2.1.聚乙烯纤维的性能聚乙烯纤维具备高强度和高模特性(见表格1);密度低(0.97g/cm3),质轻,可浮于水面;断裂伸长低、断裂功大,具有很强的吸收能量的能力,因而具有突出的抗冲击性和抗切割性;抗紫外线辐射,介电常数低、电磁波透射率高;耐酸碱性强,熔点低,在低温下仍能保持柔软的特性等优点[6,22],但是聚乙烯无极性基团,导致聚乙烯纤维表面惰性大、化学活性低,与树脂等基体的界面黏接性能差,也存在高蠕变,浸润性差等缺点[5]。

表格 1 UHMWPE纤维比较常见纤维比抗张强度、比模量和断裂伸长率项目 抗张强度/GPa 比模量 断裂伸长/%UHMWPE 4.00 170.0 ≤5.0常见PE纤维 0.77 9.2 ≤20.0高强度聚氨酯 0.85 4.6 ≤20.0聚丙烯 0.79 10.7 ≤20.0高强PVA 2.10 34.9 ≤4.9碳纤维 2.10 129.2 ≤1.42.2.聚乙烯纤维的改性方法由于聚乙烯纤维取向度高、结晶度高、纤维表面没有极性基团等原因[7],使得其很难与复合材料结合,所以,将聚乙烯纤维进行改性使得其得到更广泛的应用。

聚合物改性的方法按性质可分为三类:物理改性(如等离子处理、电晕放电等)、化学改性(如辐射接枝、湿处理等)和本体改性(如将聚合物和另一种活性基团共混、接枝或共聚等),下面介绍一些主要的改性方法[8,23]:1) 低温等离子体改性法:电离出的各种活性因子与纤维表面能量直接转移的过程。

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