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新材料产业,制造业

需求背景

      环氧树脂被广泛应用在电气设备绝缘浇注领域。而传统环氧树脂的热导率仅约为0.2W／（nvK），难以满足设备的及时散热要求。研发高导热、高填充的环氧树脂浇注材料，解决电气设备的结构散热问题具有重要意义。本文分别以普通环氧树脂（EP）和液晶环氧树脂（LCEP）为基体，以氧化铝（A1203）为填料，采用设计低粘度的填料体系实现高填充和提高树脂基体热导率相结合的方式制备了环氧树脂基复合材料。重点研究了基体类型、填料含量、偶联剂处理等因素对复合材料导热和电绝缘性能的影响，并揭示导热和电性能的微观机理。研究发现，采用经偶联剂处理的不同粒径的类球形A1203混合填充且大小粒子的粒径比为8-15、质量比为3:2可以显著降低复合材料的黏度，实现高填充；红外光谱分析表明，偶联剂与微纳米颗粒表面发生了化学键合作用。

      利用偏光显微镜观测到LCEP在降温过程中出现了液晶相；添加复配的酸酐固化剂后其液晶相温度区间的下限下降30°Ｃ，液晶域的平均尺寸减小1/3，LCEP固化物中出现了明显的液晶域；与酸酐固化剂相比，采用DDM固化对LCEP进行固化时LCEP／固化剂体系的热导率更高；起始固化温度过高会导致体系的热导率下降。

需解决的主要技术难题

环氧树脂绝缘材料研发，分别以普通环氧树脂（EP）和液晶环氧树脂（LCEP）为基体，以氧化铝（A1203）为填料，通过设计低粘度的填料体系实现高填充和对树脂基体结构进行调控提高树脂本体热导率相结合的方式，采用机械共混法制备高导热绝缘环氧树脂基复合材料，需要解决的主要技术难题：

1.通过填料复配及填料的表面改性处理设计出有利于降低复合材料粘度的填料体系；

2.通过对液晶环氧树脂的结构进行调控，使其内部形成高度有序结构，以此来提高树脂本体的热导率；

3.采用机械共混法制备环氧树脂基微纳米复合材料，利用扫描电镜和红外光谱等手段对填料及复合材料的微观形貌进行表征；

4.研究填料含量、填料粒径、填料复配、偶联改性、树脂基体等因素对环氧树脂基复合材料导热性能的影响，并揭示以上因素对复合材料导热性能影响的微观机理；

5.测试复合材料的交流击穿场强、体积电导率、介质损耗、介电常数等电气绝缘性能；通过综合分析，揭示树脂基体、偶联改性处理、填料含量、温度等因素对复合材料电气绝缘性能的影响机理。

期望实现的主要技术目标

a.当填料含量高于60ｗt％时，LCEP－B的热导率明显高于EP-A的热导率，填料含量为80ｗt％时，EP-A的热导率为1.935Ｗ／（ncK），是纯EP热导率的10.75倍，LCEP-B的热导率为2.47Ｗ／（nrK），是纯LCEP热导率的7.02倍；

b.偶联剂处理增强微纳米颗粒与树脂基体间的界面相互作用，提高复合材料的交流击穿场强，降低其体积电导率、介电常数和介质损耗。

需求解析

解析单位：“科创中国”先进结构材料产业科技服务团（中国有色金属学会） 解析时间：2022-09-07

谢铿

矿冶科技集团有限公司

教授

综合评价

需求清晰，希望研发高导热、高填充的环氧树脂浇注材料，解决电气设备的结构散热问题。

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