聚丙烯/氮化硼纳米复合材料中取向厚片晶形成与导热性能研究

Our previous study results show that thick oriented lamellae and boron nitride (BN) can notably enhance the thermal conductivity of ultra-high molecular weight polyethylene/BN (12.4W/mK when BN content reaches 30vol% ). And the pressure-shearing device designed by our group can be used to fabricate thick oriented lamellae with a melting point close to 180〫C in isotactic polypropylene. In view of this, we want to make iPP/BN samples with various structures via adjusting processing conditions and compounding BN with different sizes and dimensions by using the pressure-shearing device. The crystallization behaviors of iPP in the condition of BN existence and the final crystal morphology and structure of iPP/BN will be investigated, and their influences on the thermal conductivity and mechanical properties of the blends will be explored as well through characterizing the inner structure, thermal conductivity and mechanical performance using scanning electronic microscope, synchrotron radiation and tunnel electronic microscope. This research may build the relationship between processing fields, the structure of blend, functionalization and compounding of BN, thermal conductivity and mechanical properties, and afford guidance on how to fabricate polymer blends with high thermal conductivity.

前期研究结果显示取向的厚片晶和氮化硼（BN）可以显著提高超高分子量聚乙烯/BN复合材料的导热性能（当BN含量30vol%时，导热系数达12.4W/mK），并且申请人课题组自己设计的压力-剪切仪可以在等规聚丙烯(iPP)中制备熔点接近180〫C的取向厚片晶，为此我们拟利用此压力-剪切仪通过调控加工条件和复配不同尺寸和维度的官能化BN制备具有不同形态结构的iPP/BN试样，通过扫描电镜、同步辐射光源、透射电镜等表征其内部结构、导热性能和力学性能，研究iPP在BN存在下的结晶行为（BN对取向厚片晶形成的影响）和晶体形态结构，及其对复合材料导热性能和力学性能的影响规律。通过此研究可建立加工外场、复合材料内部形态结构、BN的官能化状态及其复配、导热性能、力学性能之间的关系，为制备高导热聚合物复合材料提供指导依据。

高分子导热复合材料中晶体和填料（比如氮化硼BN）的形态结构对复合材料的导热性能有显著影响，研究其影响规律和导热机理非常重要，其研究成果可以指导实际加工过程以制备高性能导热复合材料。申请人团队利用自己设计的装置对在导热复合材料的形态结构进行了有效调控，并对其结构和性能关系进行了研究。研究内容主要包括：（1）聚合物中晶体取向对复合材料导热性能的影响；（2）导热填料取向状态对复合材料导热性能的影响；（3）导热填料的绿色环保剥离方法，及剥离后的填料用于制备导热复合材料；（4）基于热辐射技术的热管理（制冷/制热）复合材料。研究成果主要有：（1）获得了对聚合物晶体和导热填料形态结构的有效调控手段；（2）揭示了聚合物结晶和填料形态结构对导热复合材料导热性能的影响规律；（3）建立了填料形态结构和聚合物晶体形态结构与复合材料导热性能之间的关系。研究成果的科学意义：通过研究加深了对导热复合材料的理解，可以有目标性或针对性地对复合材料的形态结构进行调控，以获得理想导热性能和力学性能的导热复合材料。