广东化工2021年第6期· 6 · 第48卷总第440期氮化硼对超高分子量聚乙烯导热与弯曲性能影响
卢志强
(南昌大学材料科学与工程学院，江西南昌330031)
[摘要]以超高分子量聚乙烯(UHMWPE)为基体树脂，粒径为5 μm的氮化硼(BN)为导热填料，通过粉末热压法制备具有隔离结构的高导热BN/UHMWPE复合材料。研究了添加量对高导热石墨/超高分子量聚乙烯复合材料导热性能和弯曲性能的影响。结果表明，BN的加入有效的提高了复合材料平行于热压方向上的导热系数，同时BN的加入使得材料的弯曲性能得到提升。
[关键词]氮化硼；超高分子量聚乙烯；导热性能；弯曲性能
[中图分类号]TQ322.2 [文献标识码]A [文章编号]1007-1865(2021)06-0006-02
The Influence of Boron Nitride on the Thermal Conductivity and Bending
some timeProperties of UHMWPE
Lu Zhiqiang
tftp(The School of Materials Science and Engineering of Nanchang University, Nanchang 330031, China) Abstract: Using ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE) as the matrix resin and boron nitride (BN) with a particle size of 5 μm as the thermally conductive filler, a high thermal conductivity BN/UHMWPE composite material with isolation structure is prepared by powder hot pressing. The effect of the addition amount on the thermal conductivity and mechanical properties of the high thermal conductivity graphite/ultra-high molecular weight polyethylene composite material was studied. The results show that the addition of BN effectively improves the thermal conductivity of the composite material parallel to the hot pressing direction, and the addition of BN improves the bending performance of the material.
Keywords: Boron nitride；ultra-high molecular weight polyethylene；thermal conductivity；bending performance
聚合物因其重量轻、成本低、易加工、化学稳定性好等突出优点而被广泛应用于工业领域。随着行业对冷却的需求不断增加，人们对高导热材料的兴趣也越来越大。然而，本体聚合物具有非常低的热导率(0.1~0.5 W/(m·K))[1-3]，超高分子量聚乙烯(UHMWPE)由于其本征结构原因，造成其存在导热性能与弯曲性能差的缺点，这限制了该聚合物在热管理材料中的应用[4]，提高材料的热导率与弯曲性能非常具有应用价值。通常采用的办法是在聚合物基体中加入高导热性填料，以获得比纯聚合物更好的导
热性[5]。高导热填料主要有：金属填料(铝、银、铜、银、金、镍)[6-7]，陶瓷填料(碳化硅[8-9]，氮化硼[10]，氧化铝[11]，氮化铝(AlN)[12]，碳基填料(石墨[13]，石墨烯[14]，碳纳米管[15])。在这些填料中，如氮化硼，因其固有的高热导率、结构稳定性、优异的电绝缘性和优异的力学性能等，常被用作热管理材料中的优异导热填料[16]。
在这项工作中，我们采用了一种简单的热处理粉末混合方法，以制备高性能的聚合物复合材料具有均匀的分离结构和连续的导热网络。将UHMWPE粒子和氮化硼(BN)薄片机械混合，然后热压制备出具有高热导率和弯曲性能的UHMWPE/ BN复合材料。这种加工混合方法简单方便，易于应用于其它聚合物体系和聚合物基导热材料的大规模制备。
1 实验部分
1.1 原料与仪器设备
超高分子量聚乙烯(UHMWPE)平均粒径为100微米，分子量为1×107g·mol-1，购自美国泰科纳公司。六方氮化硼(h-BN)平均粒径为5 um，购自苏州纳朴材料科技有限公司。
高速混合机：SHR-5A，江苏联冠科技有限公司；平板硫化机：型号为XLB-350×350，中国青岛锦九州橡胶机械有限公司；激光导热仪：LFA467，德国耐驰公司；微机控制电子万能试验机：型号为WDW-10C，厂家是上海华龙测试仪器公司。
1.2 复合材料的制备
用高速混合机在室温下以1200转/分钟的速度机械搅拌BN 和UHMWPE粉末3分钟，得到UHMWPE/BN混合粉末，氮化硼薄片的填充量为2 vol %、4 vol %、6 vol %、10 vol %。然后将纯UHMWPE与混合粉末分别置于真空烘箱中，在80 ℃下烘干60分钟。最后，分别将混合粉体在250 ℃和10 MPa下热压成待测试样。
1.3 材料性能测试1.3.1 导热性能测试
采用德国耐驰公司的LFA467激光导热仪测试样品的热扩散系数。
1.3.2 弯曲性能测试
采用GB / T9341-2000在室温下采用微机控制电子万能试验机上进行弯曲性能(测试速率为2 mm/min)测试试验，对于每组样条测试5根。
2 结果与讨论
2.1 复合材料的导热性能
导
导
导
导
(
w
/
(
m
.
K
)
)
体体体导 (%)
图1 BN填充量对UHMWPE/BN复合样品的导热系数的影响Fig.1 Influence of BN filling quantity on thermal conductivity of
UHMWPE/BN composite
采用导热系数仪对BN填充UHMWPE复合样品的导热系数进行测量，测量结果如图1所示。从图1可以看出，随着BN 含量的增加复合材料的导热系数明显提高，当BN体积分数为10 %时，复合材料的导热系数从初始的0.43 W/(m·K)增加至1.66 W/(m·K)，提高了约286 %，这是因为BN在高含量的添加情况下，其在UHMWPE基体中形成三维导热网络结构。
教师节演讲
2.2 复合材料的弯曲性能
主营业务收入分录[收稿日期] 2021-01-06
[作者简介] 卢志强(1983-)，男，湖北孝昌人，高级工程师/在职硕士研究生，主要研究方向为纤维浸润剂，纤维复合材料，工程塑料等。
2021年 第6期 广 东 化 工 第48卷 总第440期 · 7 ·
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艾薇儿新专辑
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memory的意思体体体导 (%)
弯弯弯弯 (M P a )
弯弯弯弯 (MPa)
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图2 BN 填充量对UHMWPE/BN 复合样品的弯曲性能的影响 Fig.2 Influence of BN filling amount on the bending properties of
UHMWPE/BN composite
采用微机控制电子万能试验机对BN 填充UHMWPE 复合样品的弯曲性能进行测量，测量结果如图2所示。从图2可以看出，随着BN 含量的增加复合材料的弯曲性能明显提高，当BN 体积分数为10 %时，复合材料的弯曲强度从初始的12.08 MPa 增加至20.01 MPa ，提高了约66 %，复合材料的弯曲模量从
初始的406 MPa 增加至989 MPa ，提高了约143 %。这是因为BN 在高含量的添加情况下，其在UHMWPE 基体中作为无机粒子具有增刚作用。
3 结论
本文采用导热分析仪、万能力学试验机研究了BN 添加量对UHMWPE 性能影响。研究发现，BN 的加入可有效的提高复合材料平行于热压方向上的导热系数，当BN 体积分数为10 %时，复合材料的导热系数提高了约286 %，同时BN 的加入起到无机粒子增刚作用，使得材料的弯曲性能得到提升。
参考文献
[1]Leung SN ．Thermally conductive polymer composites and nanocomposites ：processing-structure-property relationships[J]．Composites Part B ，2018，150：78-92． [2] Zhou Y ，Liu F ，Wang H ．Novel organic-inorganic composites with high thermal conductivity for electronic packaging applications ：a key issue
review[J]．Polym Compos ，2017，38(4)：803-813．
[3] Kim GH ，Lee D ，Shanker A ，et al ．High thermal conductivity in amorphous polymer blends by engineered interchain interactions[J]．Nat Mater ，2014，14(3)：295-300．
[4]吴新锋．超高分子量聚乙烯耐磨性和导热性能的研究M]．上海交通大学，2013．
[5]侯思雨．超高分子量聚乙烯复合材料的制备与导热性能研究[M]．西安理工大学，2017．
[6]薛俊，陈树存，唐浩奎，等．超高分子量聚乙烯填料改性的研究[J]．科技创新导报．2007(36)：5+7．
[7]童铭康，吴秀平，戚嵘嵘，等．铜粉填充UHMWPE 导热材料性能的研究[J]．工程塑料应用，2010，38(07)：8-11．
[8]Gu J ，Guo Y ，Lv Z ，et al ．Highly thermally conductive POSS-g-SiCp/UHMWPE composites with excellent dielectric properties and thermal stabilities[J]．Composites Part a-Applied Science and Manufacturing ，2015，78：95-101．
[9]苏荣锦．高性能超高分子量聚乙烯复合材料的制备与性能研究[M]．湖南工业大学，2012．
[10]余翠平．有序排列氮化硼/聚合物复合材料的可控制备与导热性能研究[M]．西北工业大学，2018．
[11]薛阳．导热填料的结构设计及其环氧树脂复合材料[M]．华中科技大学，2019． [12]Wang Z G ，
Gong F ，Yu W C ，et al ．Synergetic enhancement of thermal conductivity by constructing hybrid conductive network in the gregated polymer composites[J]．Composites Science and Technology ，2018，162：7-13．
[13]王霄，卢辉，倪海鹰，等．不同石墨尺寸复配对NG/UHMWPE 复合材料性能的影响[J]．塑料工业．2019，47(10)：120-123+21．
[14]Zhuang Y F ，Cao X Y ，Zhang J N ，et al ．Monomer casting nylon/graphene nanocomposite with both improved thermal conductivity and mechanical performance[J]．Composites Part a-Applied Science and Manufacturing ，2019，120：49-55．
[15]Zhang Z ，Cao M ，Chen P ，et al ．Improvement of the thermal/electrical conductivity of PA6/PVDF blends via lective MWCNTs-NH2 distribution at the interface ．Materials & Design ，2019，177．日语在线
[16]朱首骥．石墨和六方氮化硼的剥离、改性及其在聚合物复合材料中的导热性能研究[M]．厦门大学，2017．
(本文文献格式：卢志强．氮化硼对超高分子量聚乙烯导热与弯曲性能影响[J]．广东化工，2021，48(6)：6-7)
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(上接第2页)简单英语故事
4 结论
本文通过溶胶凝胶法制备了二硫化钼干凝胶复合电极材料，通过调控不同的溶液浓度和反应时间来得到不同结构和形貌的复合电极。溶胶凝胶法制备的复合材料也呈三维网状结构，滴涂在泡沫镍表面时，极大增强了复合电极的比表面积，也为电催化反应增加更多的活性点位。通过对比实验发现，0.01 mol ·L -1钼酸钠-0.4 mol ·L -1硫脲配比在水热反应下制备的二硫化钼，再通过溶胶凝胶法制备干凝胶，制备的复合电极电催化性能最好，析氢过电位在183 mV 。复合材料的三维网状结构和材料表面的二硫化钼颗粒为反应提供了更多的活性点位，从而改善了复合电极的析氢性能。
参考文献
[1]Jafariana M ，Azizi O ，Gobal F ．Kinetics and electrocatalytic behavior of nanocrystalline CoNiFe alloy in hydrogen evolution reaction[J]．Int J Hydrogen Energ ，2007，32：1686-1693．
[2]Cao Y L ，et al ．Electrochemical Preparation and Electrocatalytic Mechanisms of Ni-S Active Cathode for Hydrogen Evolution[J]．Acta Phys-Chim Sin ，2009，25：1979-1984． [3]Zhang W Y ，Li Y X ，Zeng X P ，et al ．Synergetic effect of metal nickel and graphene as a cocatalyst for enh
anced photocatalytic hydrogen evolution via dye nsitization[J]．Sci Rep-UK ，2015，5，10589． [4]Solmaz R ．Gold-supported activated NiZn coatings ：hydrogen evolution and corrosion studies[J]．Int J Energ Res ，2017，41：1452-1459．
[5]Solmaz R ，Kardaş G ．Hydrogen evolution and corrosion performance of NiZn coatings[J]．Energ Convers Manage ，2007，48：583-591． [6]Solmaz R ，Döner A ，Kardaş G ．Enhancement of electrochemical activity of Raney-type NiZn coatings by modifying with PtRu binary deposits ：Application for alkaline water electrolysis[J]．Int J Hydrogen Energ ，2016，41：1432-1440．
[7]Danilovic N ，et al ．Enhancing the alkaline hydrogen evolution reaction activity through the bifunctionality of Ni(OH)2/metal catalysts[J]．Angew Chem Int Ed ，2012，51：12495-12498． [8]Ledendecker M ，Schlott H ，Antonietti M ，et al ．Experimental and theoretical asssment of Ni-bad binary compounds for the hydrogen evolution reaction[J]．Adv Energy Mater ，2017，7，1601735．
[9]Xu K ，et al ．Metallic nickel nitride nanosheets realizing enhanced electrochemical water oxidation[J]．J Am Chem Soc ，2015，137：4119-4125． [10]Cao B ，Veith G M ，Neuefeind J C ，
et al ．Mixed clo-packed cobalt molybdenum nitrides as non-noble metal electrocatalysts for the hydrogen evolution reaction[J]．J Am Chem Soc ，2013，135：19186-19192．
[11]Vrubel H ，Hu X L ．Molybdenum boride and carbide catalyze hydrogen evolution in both acidic and basic solutions[J]．Angew Chem Int Ed ，2012，51：12703-12706． [12]Hann M H ，Stern L A ，Feng L G ，et al ．Widely available active sites on Ni2P for electrochemical hydrogen evolution-insights from first principles calculations[J]．Phys Chem Chem Phys ，2015，17：10823-10829．
[13]Roop KR ，Wang M ．Functionally graded bioactive coatings of hydroxyapatite/ titanium oxide composite system[J]．Materials Letters ，2002，55(3)：133-137． [14]Semlitsch M F ，Weber H ，Streicher R M ，et al ．Materials and Coatings for Medical Devices ：Cardiovascular[J]．Biomaterials ，1992(13)：781-788． [15]Boyan B D ，Dean D D ，Lohmann C H ，et al ．Osteoblast-mediated mineral deposition in culture is dependent on surface microtopography[J]．Berlin ，2001(17)：561-585．
[16]Bornstein M M ，Schmid B ，Belr U C ，et al ．Early loading of non-submerged titanium implants with a sandblasted and acid-etched surface[J]．Oral Implants Res ，2005(16)：631-638．
(本文文献格式：简旻坤．溶胶凝胶法制备二硫化钼干凝胶复合电极和电化学性能表征[J]．广东化工，2021，48(6)：1-2)
