2.2 性能测定
密度:按GB/T 1033-1986《塑料密度和相对 密度试验方法(方法A)》,采用BP221S德国赛多利斯密度天平测试,取3个试样的算术平均值作为试 验结果。
导热系数:按美国ASTM标准[5]检测,采用美 国Anter公司UNITHERMTMMODEL 2022导热 仪测试,取2个试样、每个试样重复试验2次的算术 平均值作为试验结果。
3.结果与讨论
绝缘材料采用的固化剂主要有酸酐、酚醛及胺 类等类型,前两种固化剂在主绝缘、浸渍树脂、层压 材料、浇铸材料应用较多,采用的品种很多。胺类固 化剂主要用于电站、电缆等现场施工、粘合剂、微电 子组件的浇注或灌封,品种也很多。本文选择其中 比较有代表性的品种,测定了这些固化物的导热系 数。试验结果表明,酸酐类固化体系的导热系数普 遍低于酚醛类和胺类固化体系的导热系数(见表 1),且随温度上升的趋势也比较缓慢(见图1)。
按照近代固体物理学的基本理论,固体材料内部的传热载体有电子、声子和光子等3种[6],对于光 学不透明的材料,热载体只有电子和声子。聚合物 中的自由电子主要由金属杂质产生,极性基团以及共轭结构受热激发时也能产生电子。声子取决于聚 合物分子结构和聚集态结构的有序度或结晶度。一般而言,随温度升高聚合物的无序性增加,即容易发 生解取向,声子对热传导的贡献应减小,导热系数应呈下降趋势。然而实验结果表明,普通环氧固化物的导热系数随温度升高大体上都呈上升趋势,表明 一般环氧固化物结构的有序性很低,温度对导热系 数的影响主要取决于电子对热传导的贡献。酸酐与环氧反应后主要生成酯键交联网络,羟基总量并没 有增加,固化物分子的极性较弱,分子间作用力较小,有序性较低,故其密度及导热系数都较小(见表 1)。温度超过100℃、不大于155℃时,温度升高时固化物的导热系数几乎不变,表明弱极性固化物在此温区不会由于热激发而产生电子或离子热载体。酚类、胺类固化剂中含有大量活泼氢,这些活泼 氢与环氧发生交联反应时,生成等摩尔的羟基,固 化物分子的极性较强,分子间作用力较大,容易形 成一定程度的有序性结构,故其密度及室温下导热系数比酸酐固化体系大。随温度升高,酚类及胺类固化体系的导热系数呈单调上升,表明固化物中羟 基等强极性基团在热的作用下产生了一定量的电 子或离子热载体,这种情形与热激电导现象相似, 温度越高极性聚合物受热激发而产生电子或离子 热载体越多,导热系数越高。芳香胺(见图1中DDS固化剂)与脂肪胺(见图1中低分子量聚酰胺固化 剂)相比,芳香胺固化体系的导热系数明显高于脂肪胺,导热系数随温度上升的趋势也高于脂肪胺,表明芳香胺具有的共轭结构受热激发也可能会产生 一定的电子或离子热载体。
4.结论
(1)普通环氧固化物的导热系数随温度升高大体上都呈上升趋势。
(2)酚醛类、胺类固化体系的导热系数明显高于酸酐固化体系。
(3)含有共轭结构的非晶态聚合物的导热系数随温度升高而提高的速率高于无共轭结构的非晶态 聚合物。
参考文献: