一種具有優異電磁屏蔽和導熱性能的PEEK復合材料

來源|Composites Part A: Applied Science and Manufacturing

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背景介紹

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

聚醚醚酮PEEK具有優異的熱穩定性、重量輕、優異的機械性能和良好的耐化學性，在航空航天、軍事和機械等復雜應用中得到廣泛應用。然而，PEEK分子鏈的無序簡諧振動與低速聲子擴散導致低導熱系數限制了改材料的應用。此外，由于其剛性分子結構導致的較差的溶解性和界面相容性給PEEK復合材料的導熱系數增強帶來了挑戰。

界面結合強度低，填料團聚，使得常規混合物理復合材料難以達到預期的熱傳導效果。然而，一些復雜的合成過程不可避免地涉及到填料的部分結構損傷，從而導致導熱系數的減小。因此，填料的無損改性被認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。而且填料的大長寬比可以在外場作用下大幅度提高面內或面外導熱系數，制備出PEEK復合材料具有優異的導熱系數是非常具有挑戰性。

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成果掠影

近期，吉林大學牟建新教授團隊在開發高導熱工程塑料方面取得新進展。受三維導熱網絡的啟發，將兩種具有定向填料的復合材料組合在一起，形成三維傳輸網絡的三明治結構。氨基-石墨烯(NH2-GnPs)與聚苯并惡嗪(PBZ)共價鍵能降低界面熱阻(ITR)?；旌螻H2-GnPs和多壁碳納米管(MWCNTs)協同效應用于改進導熱系數的途徑。此外，將靜電紡絲NH2-GnPs&MWCNTs/聚醚醚酮(PEBEKt)和冷凍干燥的MWCNTs/PEEK@PBZ復合材料置于三明治結構中構建三維導熱網絡。定向填料可以通過增加熱流輸送來改善熱擴散網絡。最佳的面內和面外導熱系數值分別為21.0和6.9 W/(mK)，是純PEEK的90倍和29倍。復合材料還具有良好的電磁屏蔽性能(80.4 dB, 21.1%)、熱穩定性和熱管理能力。因此，三維導熱復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 ”為題發表于《Composites Part A: Applied Science and Manufacturing》。

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圖文導讀

圖1.三維網狀結構PEEK復合材料的制備示意圖。

圖2.材料的XRD和拉曼結構示意圖。

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.復合材料的導熱性能增強機理示意圖。

圖7.復合材料的電磁屏蔽性能。

圖8.PEEK復合材料的熱管理能力，以及與隨機分散填料復合材料的對比。

END

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審核編輯 黃宇