一種具有優(yōu)異電磁屏蔽和導(dǎo)熱性能的PEEK復(fù)合材料

來(lái)源|Composites Part A: Applied Science and Manufacturing

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背景介紹

由于5G在電子、能源、航空航天等行業(yè)的廣泛和智能化發(fā)展，對(duì)具有高功率密度和集成度的功能化高性能聚合物基復(fù)合材料的需求很大。例如，電子封裝和能源設(shè)備必須有效地散熱，以確保所需的安全系數(shù)和壽命，在某些情況下，需要有效的散熱和保護(hù)設(shè)備免受電磁干擾。

聚醚醚酮PEEK具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性、重量輕、優(yōu)異的機(jī)械性能和良好的耐化學(xué)性，在航空航天、軍事和機(jī)械等復(fù)雜應(yīng)用中得到廣泛應(yīng)用。然而，PEEK分子鏈的無(wú)序簡(jiǎn)諧振動(dòng)與低速聲子擴(kuò)散導(dǎo)致低導(dǎo)熱系數(shù)限制了改材料的應(yīng)用。此外，由于其剛性分子結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的較差的溶解性和界面相容性給PEEK復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)增強(qiáng)帶來(lái)了挑戰(zhàn)。

界面結(jié)合強(qiáng)度低，填料團(tuán)聚，使得常規(guī)混合物理復(fù)合材料難以達(dá)到預(yù)期的熱傳導(dǎo)效果。然而，一些復(fù)雜的合成過(guò)程不可避免地涉及到填料的部分結(jié)構(gòu)損傷，從而導(dǎo)致導(dǎo)熱系數(shù)的減小。因此，填料的無(wú)損改性被認(rèn)為是一種有效的方法。其中靜電紡絲和冷凍干燥是有效的填料排列技術(shù)。而且填料的大長(zhǎng)寬比可以在外場(chǎng)作用下大幅度提高面內(nèi)或面外導(dǎo)熱系數(shù)，制備出PEEK復(fù)合材料具有優(yōu)異的導(dǎo)熱系數(shù)是非常具有挑戰(zhàn)性。

02

成果掠影

近期，吉林大學(xué)牟建新教授團(tuán)隊(duì)在開(kāi)發(fā)高導(dǎo)熱工程塑料方面取得新進(jìn)展。受三維導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)的啟發(fā)，將兩種具有定向填料的復(fù)合材料組合在一起，形成三維傳輸網(wǎng)絡(luò)的三明治結(jié)構(gòu)。氨基-石墨烯(NH2-GnPs)與聚苯并惡嗪(PBZ)共價(jià)鍵能降低界面熱阻(ITR)。混合NH2-GnPs和多壁碳納米管(MWCNTs)協(xié)同效應(yīng)用于改進(jìn)導(dǎo)熱系數(shù)的途徑。此外，將靜電紡絲NH2-GnPs&MWCNTs/聚醚醚酮(PEBEKt)和冷凍干燥的MWCNTs/PEEK@PBZ復(fù)合材料置于三明治結(jié)構(gòu)中構(gòu)建三維導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)。定向填料可以通過(guò)增加熱流輸送來(lái)改善熱擴(kuò)散網(wǎng)絡(luò)。最佳的面內(nèi)和面外導(dǎo)熱系數(shù)值分別為21.0和6.9 W/(mK)，是純PEEK的90倍和29倍。復(fù)合材料還具有良好的電磁屏蔽性能(80.4 dB, 21.1%)、熱穩(wěn)定性和熱管理能力。因此，三維導(dǎo)熱復(fù)合材料為熱管理和電磁屏蔽材料提供了可行的思路。研究成果以“Covalently modified graphene and 3D thermally conductive network for PEEK composites with electromagnetic shielding performance ”為題發(fā)表于《Composites Part A: Applied Science and Manufacturing》。

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圖文導(dǎo)讀

圖1.三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)PEEK復(fù)合材料的制備示意圖。

圖2.材料的XRD和拉曼結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3.(a)GnPs和(b) NH2-GnPs的TEM圖像，(c)和(d)分別為GnPs和NH2-GnPs的部分放大圖像，(e，f) GnPs和 NH2-GnPs的能譜圖。

圖4.材料的SEM圖。

圖5.材料的熱物性。

圖6.復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能增強(qiáng)機(jī)理示意圖。

圖7.復(fù)合材料的電磁屏蔽性能。

圖8.PEEK復(fù)合材料的熱管理能力，以及與隨機(jī)分散填料復(fù)合材料的對(duì)比。

END

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審核編輯 黃宇