简述聚苯硫醚PPS材料的导热改性

PPS作为高分子材料,具有众多优异的性能,但与金属材料及无机非金属材料相比,其导热性能较低,导热系数普遍低于0.5W/(m·K)。为了满足特定的应用场景,如新能源汽车动力电池及5G通讯在高频工作环境下散热,需要对PPS材料进行导热改性。

PPS导热材料

目前,改性方法主要包括采用金属填料及无机材料进行填充,其中,金属填料对于导热性能的提升显著,但降低了绝缘性能,不适用于需要散热绝缘的场合。无机填料主要包括氧化物、氮化物、碳化物、无机碳材料等。

对填充型导热绝缘复合材料而言,其导热性能主要依赖于聚合物基体和填料之间的协同作用。随填料含量增加,导热粒子相互接触,在基体内部形成导热网链,传递热量,实现提升复合材料的导热性能。复合材料的导热性能则主要取决于填料的导热性,同时也受填料形状、种类、粒径尺寸、组分构成等因素的影响。

氧化物及氮化物,如氮化硼、氮化铝、氧化铝、氧化镁等,导热性能均较好。采用氧化镁对PPS材料进行导热改性,氧化镁填料含量增加到一定程度,能形成有效的导热网链,导热系数变化明显,最高可以达到1.61W/(m·K)。

氮化物相对而言,是一种更高效的导热填料,通过先制备BN/PPS核壳结构的复合颗粒,再进行热压工艺,可以得到具有三维相分离结构的复合材料。当体系氮化硼含量为40%时,制备的复合材料的导热率可以达到4.15W/(m·K),与共混方法制备的BN/PPS为2.45W/(m·K)相比,热导率提高了1.69倍。二维的BN微片在PPS基体中形成了有效的三维导通网络结构,热流能够沿着该通道顺利传输,提高了其导热性能。

碳材料,如石墨烯、碳纳米管等,也是一种高效的无机导热填料。Gu等对石墨烯进行处理,然后将其与PPS混合,当功能化石墨烯含量较低时,PPS复合材料的导热性能明显提升。当其体积分数为29.3%时,改性石墨烯在PPS基体中形成了较好的导热网链,复合材料导热系数最高能达到4.W/(m·K)。

碳纤维在微观上是乱层石墨结构,且单层石墨结构主要沿长丝方向排布,因此,在长丝方向具有较好的导热性能,作为导热填料时,既可在一定程度上改善导热通路,也能起到增强作用。以PPS材料为基体,以中间相沥青基碳纤维为增强材料,当碳纤维含量为20%时,导热率达最高为1.88W/(m·K)。



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