基于取向共连续网络结构的高导热聚合物的构筑及导热机理研究

Thermal conductive polymer has been widely used in the aerospace, electronics and national defense industries et al. due to its superior electrical insulation, mechanical properties, fatigue resistance, light and easy processing et al. However, the thermal conductivity of polymer is very low because of the phonon scattering resulting from the structure and interfaces defects. Therefore, it is necessary to tailor the structure of polymer to prevent the phonons from scattering. Hence, it is of importance to study the effect of crystal structure and morphology induced by stress on the thermal conductivity of polymer. In this project, we mainly focus on the “shish-kebab” structure induced by the stress, and the effect of this stretching structure on the thermal conductivity of polymer; explore the thermal diffusive mechanism of polymer with the orientation structure; investigate the effect of the orientation structure content, crystallinity and degree of orientation on the thermal conductivity and mechanical properties of polymer and establish the relationship between mechanical and physical properties and orientation structure induced by stress. The results obtained here could be served for the preparation of polymer with high thermal conductivity

导热聚合物具有耐化学腐蚀性、力学及抗疲劳性能优异，且轻质、易成型加工等特点，广泛应用于航空航天、国防、电子电气等领域。聚合物自身导热性能不佳，一般通过添加高导热粒子来制备绝缘高导热聚合物复合材料，但存在导热性能提升有限且力学性能恶化等缺点。本项目基于聚合物传热过程主要通过晶格振动方式进行传输的特性，利用外界应力场诱导结晶聚合物形成一个由“互锁”shish-kebab结构组成的取向共连续网络结构，其中shish结构由取向分子链组成，kebab结构吸附在取向分子链上成核生长形成连续片晶结构。本项目拟研究该取向共连续网络结构对热扩散能力的影响，探索导热载体在取向共连续网络结构中的输运规律及热扩散机理，揭示聚合物导热性能和力学性能随取向网络结构的含量、结晶度及取向度等的变化规律，建立聚合物“互锁”网络结构与导热性能之间的关系。本项目可望为制备聚合物基高导热材料提供新的思路和方法。

聚合物导热问题一直以来是科学家和工程学家关注的主要热点之一。聚乙烯材料因其结构简单、规整性高、且具有与石墨烯结构相似的聚集态结构而被重点关注。至今，已有一些文献报道了聚乙烯拉伸纤维材料的导热性能，但是对于在外力作用下聚乙烯材料的本体导热性能关注的较少，而且，对于其真正的导热机理还没有理清。我们针对这一问题对聚乙烯在单向拉伸作用下形成的聚集态结构及其导热性能做了深入的研究，获得了一些主要的研究成果。首先，我们研究了聚乙烯在单向热拉伸条件下制备的聚乙烯薄膜的聚集态结构，如分子链的取向、晶体的取向以及不同拉伸条件下结晶度的变化等，获得形成具有取向共连续结构的聚乙烯薄膜材料的拉伸条件；其次，研究了不同拉伸条件下聚乙烯薄膜的导热性能，研究了其导热率随热拉伸条件变化规律；最后对单向热拉伸制备聚乙烯薄膜导热机理进行的分析，获得了聚乙烯结构与导热性能的相互关系，建立起加工-结构-性能之间的内在关系。本项目的实施不仅对聚合物基高导热材料设计和大批量制备提供了重要的理论指导依据，而且还对构建结构-功能一体化的导热聚合物材料的研究具有一定的研究价值。