氮化铝高导热绝缘复合材料的性能（AlN）

      聚全氟乙丙烯(FEP)是四氟乙烯和六氟丙烯的共聚物,具有类似PTFE优良的物理化学性能和PTFE所不具备的良好的可加工性，而且本身具有一定阻燃性,不需加阻燃剂,是一种优良的电绝缘材料。氮化铝(AIN)陶瓷导热性能好,热膨胀系数小,绝缘性能好,介电常数和介质损耗小.将氮化铝加入聚全氟乙丙烯中制成AlN/ FEP复合材料,可以结合FEP和 AIN各自的优点,有望得到具有高导热﹑高绝缘﹑耐高温等**性能的导热绝缘材料。目前,关于氮化铝和FEP复合材料制备﹑结构与性能的研究还很少。采用FEP为基体,偶联处理的AIN为填料,通过共混、模压等工艺制备了FEP/ AIN 导热绝缘复合材料,研究AIN粉体含量对材料导热率﹐体积电阻率,力学以及流变性能的影响。

      图1为AIN/ FEP热导率与AlN质量百分含量的关系。从图1可以看出,FEP/ AIN材料在AlN含量较低如10 %以下时,其热导率变化率较小;当含量超过20 %时,热导率增加率稍微变快。在本实验条件下,当AIN填充量达到30 %时，FEP/AIN材料的热导率可达2.22 W/ (m K) ,相对于纯的FEP样品﹐其热导率提高了近9倍。

      当AIN填充量比较小时，填料孤立的分散在体系中,它们之间没有接触和相互作用。此时导热性能随填料的增加而增加缓慢,但是当填料量达到某一临界值时，填料之间开始有了相互作用,在体系中形成了连续贯通的导热网络,复合材料的热导率随填料含量的增加而**增大。在图1中看到AlN含量与材料的热导率呈近似于简单的线性关系,未能看到有明显的临界点.这说明,由于粉体本身呈颗粒状,当其质量百分含量少时,在FEP/AlN材料中所占的相应体积也小，因而AlN不能在体系中形成连续贯通结构,而以孤立的“海岛”结构分布在FEP的基体中，如图2的SEM照片所示。如果再提高AIN的含量，AIN颗粒相互接触的可能性增加 ,复合材料的导热性能就进一步提高。考虑到填料的继续增加会影响材料的绝缘性能和加工性能,所以本实验中AIN含量到了30 %时,已经可以满足导热性能的需要。

  在FEP/A1N复合材料中,AlN 作为填充剂是分散相，连续相的FEP是复合材料力学性能的支持因素。研究表明,无机粉末加入到有机基体中,通过偶联处理可以提高两相的结合力,从而提高其力学性能。这是因为在反应性偶联剂的存在下，AlN可以和偶联剂之间形成牢固的物理化学结合，并通过偶联剂和FEP之间形成力学作用层。所以用钛酸酯偶联剂处理AlN粉体以改善其与 FEP界面相互作用力,提高复合材料的力学性能。

  AlN的含量对复合材料机械性能的影响如图3所示。从图3可看出,随着AIN含量的增加,复合材料的拉伸强度呈上升趋势,而断裂伸长率则呈下降趋势，即拉伸强度的增加是以牺牲材料的塑性为代价的。与纯的FEP相比,当AIN含量为30 %时,复合材料的拉伸强度从原来的12.97 MPa 上升到17.25MPa；断裂伸长率从原来的410 %下降为27.37 % 。AlN粉末增强FEP的机理和其他无机粉末填充材料的增强机理是一样的。增强的原因是基体的微观结构产生了变化,并可用位错强化和弥散强化机制进行评估。

  当AlN含量为30 %时,FEP/AIN复合材料的大负荷峰升高,熔融温度基本保持不变，因此AlN含量较低时对复合材料的流变性能影响不大。

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