EP/GNs/MWCNTs復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能*

夏雨，焦劍，崔永紅，趙莉珍（西北工業(yè)大學(xué)理學(xué)院應(yīng)用化學(xué)系，西安 710129）

EP/GNs/MWCNTs復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能*

夏雨，焦劍，崔永紅，趙莉珍
（西北工業(yè)大學(xué)理學(xué)院應(yīng)用化學(xué)系，西安 710129）

以多壁碳納米管（MWCNTs）和石墨烯納米微片（GNs）為導(dǎo)熱填料，環(huán)氧樹(shù)脂（EP）為基體采用溶劑和超聲分散法，制備了EP/GNs/MWCNTs導(dǎo)熱復(fù)合材料，并與EP/MWCNTs及EP/GNs復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能進(jìn)行了對(duì)比。采用透射電子顯微鏡觀察其微觀結(jié)構(gòu)，采用Hot Disk熱導(dǎo)率測(cè)試儀測(cè)試其導(dǎo)熱性能，采用差示掃描量熱法和熱重分析儀測(cè)試其耐熱性及熱穩(wěn)定性。結(jié)果表明，MWCNTs和GNs共同作為EP導(dǎo)熱填料時(shí)，相比于單組分填料（MWCNTs或GNs）更易形成導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)；EP的熱導(dǎo)率、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）和熱分解溫度均隨著MWCNTs或GNs含量的增加而提高，其中，GNs更有利于提高EP的熱導(dǎo)率和熱分解溫度，MWCNTs更有利于提高EP的Tg。在相同的導(dǎo)熱填料含量下，相對(duì)于其中的任一單一填料，MWCNTs/GNs共同作用時(shí)，對(duì)熱導(dǎo)率的提高有更顯著的效果，且隨著其中GNs比例的增加，熱導(dǎo)率逐漸增大。當(dāng)GNs和MWCNTs的體積分?jǐn)?shù)分別為0.6%和0.4%時(shí)，EP/GNs /MWCNTs復(fù)合材料的熱導(dǎo)率、Tg和起始分解溫度分別為0.565 W/（m·K），152℃和316℃，分別比純EP提高了132.5%，34.5%和8.2%。

石墨烯納米微片；多壁碳納米管；環(huán)氧樹(shù)脂；導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)；熱導(dǎo)率

隨著微電子集成技術(shù)和微電子高密度組裝技術(shù)的快速發(fā)展，電子設(shè)備的組件逐漸向高度集成、模塊化轉(zhuǎn)變，這使得電子設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)輕薄、功能多樣等特性，但同時(shí)電子設(shè)備在正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)伴隨有大量的熱產(chǎn)生，散熱問(wèn)題已經(jīng)成為高性能電子器件設(shè)計(jì)中的重要制約因素［1］。復(fù)合材料在電子設(shè)備中的用量較大，其熱導(dǎo)率的高低對(duì)于電子設(shè)備的散熱效果有直接的影響，利用高導(dǎo)熱填料來(lái)提高電子設(shè)備中復(fù)合材料的熱導(dǎo)率是目前已成熟應(yīng)用的方案。

為提高復(fù)合材料熱導(dǎo)率，通常加入的高導(dǎo)熱型填料包括炭黑、氧化鋁、氮化鋁、二氧化硅、氮化硼、鋁粉、銅粉、氧化鋅等［2-5］。當(dāng)填料含量（體積分?jǐn)?shù)）較高時(shí)，復(fù)合材料熱導(dǎo)率會(huì)有較大的改善。

經(jīng)典導(dǎo)熱理論認(rèn)為當(dāng)導(dǎo)熱填料摻雜量超過(guò)一定量時(shí)，就會(huì)形成大量的有效導(dǎo)熱媒介，即導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)，此時(shí)體系內(nèi)存在大量的相互接觸的粒子，孤立粒子可視為不存在。而當(dāng)體系形成導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)時(shí)，復(fù)合材料的熱導(dǎo)率大大增加［6］。因此導(dǎo)熱填料的加入量必須滿足形成導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)的最低含量要求才能明顯提高復(fù)合材料的熱導(dǎo)率。但大量導(dǎo)熱填料的加入，有可能因相對(duì)密度較大而產(chǎn)生沉降，使復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)不均勻；同時(shí)大量的導(dǎo)熱填料加入會(huì)使材料黏度增大，不利于成型加工；高含量的導(dǎo)熱填料也會(huì)在復(fù)合材料中發(fā)生團(tuán)聚，使復(fù)合材料出現(xiàn)力學(xué)性能下降等不利現(xiàn)象［7-8］。

多壁碳納米管（MWCNTs）、單壁碳納米管（SWCNTs）、石墨烯納米微片（GNs）等碳基納米材料以其低相對(duì)密度、超高熱導(dǎo)率等優(yōu)勢(shì)受到人們廣泛關(guān)注［9-10］。其中，構(gòu)成石墨的單層石墨烯片的導(dǎo)熱系數(shù)高達(dá)800 W/（m·K），MWCNTs的軸向理論熱導(dǎo)率甚至高達(dá)3 000 W/（m·K）。如S. Y. Pak等［11］以氮化硼（BN）粉末及MWCNTs改性聚苯硫醚（PPS），當(dāng)BN體積分?jǐn)?shù)為50%時(shí)，復(fù)合材料熱導(dǎo)率為1.00 W/ （m·K）；當(dāng)BN和MWCNTs體積分?jǐn)?shù)分別為50% 和1%時(shí)，復(fù)合材料熱導(dǎo)率提高到1.45 W/（m·K）；C. C. Teng等［12］同樣報(bào)道了多組分填料改善聚合物導(dǎo)熱性能的研究，采用體積分?jǐn)?shù)分別為25%和1%的氮化鋁及MWCNTs可使環(huán)氧樹(shù)脂（EP）基復(fù)合材料的熱導(dǎo)率達(dá)到1.21 W/（m·K）。由于MWCNTs和GNs的超高比表面積，當(dāng)添加量較高時(shí)體系黏度迅速增加，因此兩者的添加量都不宜太高。

為制備一種填料含量較低、成本低廉、具有較高熱導(dǎo)率、易于加工成型的導(dǎo)熱型復(fù)合材料，筆者將MWCNTs和GNs共同作為導(dǎo)熱填料改性EP，利用兩者不同結(jié)構(gòu)形成的協(xié)同作用，以求在較低導(dǎo)熱填料含量下就能形成完善的導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)，從而更高效地提高復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能，同時(shí)改善EP的耐熱性。為了使填料在EP基體中達(dá)到均勻分散，采用超聲分散法制備了EP/MWCNTs，EP/GNs和EP /GNs/MWCNTs復(fù)合材料，并研究了復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)，探討了填料含量、類(lèi)型對(duì)復(fù)合材料熱導(dǎo)率及耐熱性的影響。

1　實(shí)驗(yàn)部分

1.1主要原材料

雙酚A型EP （E-51）：工業(yè)品，大連齊化化工有限公司；三乙烯四胺（TETA）：95%，天津市福晨化學(xué)試劑廠；MWCNTs：外徑為10～20 nm，比表面積＞200 m2/g，中國(guó)科學(xué)院成都有機(jī)化學(xué)所；

GNs：厚度＜30 nm，廈門(mén)凱納石墨烯技術(shù)有限公司。

1.2主要設(shè)備及儀器

高功率數(shù)控超聲波清洗器：KQ-200KDE型，昆山市超聲儀器有限公司；

超聲波細(xì)胞粉碎機(jī)：JY92-IIN型，寧波新芝生物科技股份有限公司；

集熱式恒溫加熱磁力攪拌器：DF-101S型，鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司；

電熱恒溫真空干燥箱：YLD-2000型，西安予輝儀器有限公司；

透射電子顯微鏡（TEM）：LEM2100型，日本Jeol公司；

熱導(dǎo)率測(cè)定儀：Hot Disk 2500S型，瑞典Hot disk公司；

差示掃描量熱（DSC）儀：TAMDSC-2910型，瑞士梅特勒-托利多公司；

熱重（TG）分析儀：TGA-2050型，瑞士梅特勒-托利多公司。

1.3復(fù)合材料的制備

取100 g的EP、一定量的MWCNTs （或GNs），分散在200 mL丙酮中，用超聲波細(xì)胞粉碎機(jī)在600 W功率下超聲分散30 min，然后用超聲波清洗器處理30 min；將所得混合物利用恒溫磁力攪拌器，分別在40，60，80℃下攪拌2 h，粗略地除去其中的丙酮。然后轉(zhuǎn)移到電熱恒溫真空干燥箱內(nèi)，120℃真空保壓12 h，以盡量除盡殘留丙酮；保壓結(jié)束后，自然冷卻到室溫，加入12 g的TETA，攪拌均勻，迅速澆鑄；依次按照室溫/24 h，60℃/2 h，80℃/ 2 h，100℃/2 h的流程固化，固化結(jié)束自然冷卻至室溫，制得EP/MWCNTs和EP/GNs復(fù)合材料。采用相同工藝制得EP/GNs/MWCNTs復(fù)合材料，其配方設(shè)計(jì)如表1所示。

表1　EP/GNs/MWCNTs復(fù)合材料各組分的體積分?jǐn)?shù)　%

1.4性能測(cè)試與結(jié)構(gòu)表征

TEM分析：加速電壓為75 kV，將試樣在常溫下進(jìn)行超薄切片，切片厚度約為80 nm，切片面積約為1 mm2，利用TEM觀察試樣切片并拍照。

熱導(dǎo)率測(cè)試：熱導(dǎo)率按ASTM E1461-2013測(cè)試，通過(guò)熱擴(kuò)散系數(shù)，比熱和密度的乘積進(jìn)行計(jì)算；試樣密度用體積排除法測(cè)量；所有試樣均為直徑12.6 mm 的圓柱，厚度為0.5～0.6 mm；所有試樣的兩個(gè)表面均應(yīng)平整光滑，測(cè)試前需在試樣兩面均勻噴涂薄石墨層。

DSC分析：采用DSC儀測(cè)試復(fù)合材料玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg），N2氛圍，升溫速率10℃/min，升溫范圍25～250℃。

TG分析：采用TG分析儀對(duì)復(fù)合材料的耐熱性進(jìn)行測(cè)試，N2氛圍，升溫速率10℃/min，升溫范圍25～600℃。

教師的教學(xué)方式單一是影響教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果的重要原因。很多教師在教學(xué)過(guò)程中往往采用“灌輸式”的教學(xué)方式，只注重教師講課的連貫性，忽視了與學(xué)生之間的交流和溝通，導(dǎo)致課堂教學(xué)氣氛沉悶。此外，這種方式也忽視了實(shí)踐性教學(xué)的重要性，沒(méi)有將道德與法治課堂知識(shí)與生活結(jié)合，學(xué)生在理解時(shí)不夠深入[1]。

2　結(jié)果與討論

2.1復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)分析

圖1為EP/MWCNTs，EP/GNs和EP/GNs/ MWCNTs復(fù)合材料的TEM照片，在前兩種復(fù)合材料中，導(dǎo)熱填料的體積分?jǐn)?shù)均為1%，在三元復(fù)合材料中，GNs和MWCNT的體積分?jǐn)?shù)均為0.5%。

圖1　3種復(fù)合材料的TEM照片

從圖1a可以看出，MWCNTs在樹(shù)脂基體中分散相對(duì)均勻，且大量MWCNTs已經(jīng)出現(xiàn)了相互搭接現(xiàn)象，進(jìn)而形成了導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)。在復(fù)合材料中這種網(wǎng)絡(luò)作為導(dǎo)熱通路有利于熱量的傳輸，進(jìn)而提高了復(fù)合材料的熱導(dǎo)率。

從圖1b可以看出，GNs在樹(shù)脂基體中相互接觸，對(duì)形成導(dǎo)熱通路提高復(fù)合材料的熱導(dǎo)率有所幫助，但是含量過(guò)高的GNs已經(jīng)在樹(shù)脂基體中相互堆疊，分散不均勻，對(duì)導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)的形成不利，有可能降低GNs的熱導(dǎo)率改善效果，并且損害復(fù)合材料的力學(xué)性能等。

從圖1c可以看出，GNs之間存在大量的MWCNTs，MWCNTs相當(dāng)于GNs之間的橋梁，使本不相互接觸的GNs通過(guò)MWCNTs連接起來(lái)，形成了更多的導(dǎo)熱通道，兩種填料協(xié)同作用，可提高兩種填料對(duì)復(fù)合材料導(dǎo)熱性能的改善效果。如果單一填充MWCNTs，即便加大MWCNTs的含量，MWCNTs之間搭接也是點(diǎn)接觸，MWCNTs之間聲子傳遞效率較低。如果單一填充GNs，片狀的GNs之間的接觸為邊緣搭接，繼續(xù)增大GNs含量，會(huì)出現(xiàn)大量的GNs堆疊，從而導(dǎo)致分散不均勻使GNs不能完全用于形成良好的導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)，使改善熱導(dǎo)率的效果不佳，同時(shí)可能使復(fù)合材料的力學(xué)性能下降。

2.2復(fù)合材料的熱導(dǎo)率分析

圖2為導(dǎo)熱填料含量對(duì)EP/MWCNTs和EP/ GNs復(fù)合材料熱導(dǎo)率的影響。從圖2可以看出，純EP的熱導(dǎo)率為0.243 W/（m·K），隨著MWCNTs 和GNs含量的不斷增加，兩種復(fù)合材料的熱導(dǎo)率也隨之增加。當(dāng)導(dǎo)熱填料體積分?jǐn)?shù)達(dá)到1.2%時(shí)，EP /MWCNTs和EP/GNs復(fù)合材料的熱導(dǎo)率分別達(dá)到了0.316，0.487 W/（m·K），相比于純EP，分別提高了30%和100%。并且導(dǎo)熱填料含量相同時(shí)，EP /GNs復(fù)合材料的熱導(dǎo)率始終高于EP/MWCNTs復(fù)合材料。遵循導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)理論，可以預(yù)期，填料量繼續(xù)提高，將使復(fù)合材料的熱導(dǎo)率持續(xù)提高到平衡值。GNs以及MWCNTs的熱導(dǎo)率分別為800，3 000 W/（m·K），因此加入更多的這兩種導(dǎo)熱填料將使復(fù)合材料的熱導(dǎo)率有更顯著的提高。但在研究中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)導(dǎo)熱填料體積分?jǐn)?shù)達(dá)到1.2%以上時(shí)，體系黏度快速增大，復(fù)合材料成型過(guò)程中極易產(chǎn)生氣泡等缺陷，且填料在其中分散不均勻，所得樣品結(jié)構(gòu)較差，這也是目前納米復(fù)合材料制備過(guò)程亟待解決的問(wèn)題。這種不均勻的結(jié)構(gòu)不利于對(duì)其微觀結(jié)構(gòu)的表征，也會(huì)導(dǎo)致力學(xué)性能下降嚴(yán)重，因此將導(dǎo)熱填料體積分?jǐn)?shù)上限定在1.2%，在此范圍內(nèi)來(lái)研究導(dǎo)熱填料微觀結(jié)構(gòu)與熱導(dǎo)率的影響規(guī)律。

圖2　不同導(dǎo)熱填料含量下EP/MWCNTs和EP/GNs復(fù)合材料的熱導(dǎo)率

兩種填料對(duì)EP復(fù)合材料熱導(dǎo)率都有明顯增強(qiáng)效果，這是因?yàn)閮煞N填料在復(fù)合材料中都能形成導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)，從而提高了熱量傳輸?shù)男剩M(jìn)而提高了復(fù)合材料的熱導(dǎo)率。在EP/MWCNTs復(fù)合材料中，不相互接觸的MWCNTs間的聲子傳熱需要通過(guò)EP基體。由于MWCNTs與EP基體在剛性上的差異，它們之間的傳熱是通過(guò)低頻聲子耦合進(jìn)行，即MWCNTs中高頻聲子所包含的熱能須先通過(guò)聲子耦合轉(zhuǎn)化為低頻聲子模式，再向EP基體傳遞熱能［13］。由于管狀的MWCNTs含量較低并且未能充分伸展，不同碳管間接觸的概率較低，聲子在不同碳管之間傳遞時(shí)需要經(jīng)過(guò)熱阻較高的EP，因此MWCNTs對(duì)復(fù)合材料熱導(dǎo)率的增強(qiáng)效果相對(duì)較低。在EP/GNs復(fù)合材料中，片狀的石墨烯充分展開(kāi)，相比于管狀的MWCNTs，彼此接觸的概率較大，形成的導(dǎo)熱通路數(shù)量大大增加。因此相同導(dǎo)熱填料含量下，EP/GNs復(fù)合材料的熱導(dǎo)率始終高于EP/ MWCNTs復(fù)合材料。

圖3為不同含量的GNs/MWCNTs復(fù)合填料對(duì)EP/GNs/MWCNTs復(fù)合材料熱導(dǎo)率的影響。從圖3可看出，GNs/MWCNTs復(fù)合填料的加入，使得復(fù)合材料的熱導(dǎo)率有了更大的提高。當(dāng)GNs的體積分?jǐn)?shù)達(dá)到1%時(shí)，EP/GNs復(fù)合材料的熱導(dǎo)率為0.418 W/（m·K），當(dāng)MWCNTs體積分?jǐn)?shù)為1%時(shí)，EP/MWCNTs復(fù)合材料的熱導(dǎo)率為0.305 W/ （m·K），而EP/GNs/MWCNTs復(fù)合材料中導(dǎo)熱填料總體積分?jǐn)?shù)為1%時(shí)，復(fù)合材料的熱導(dǎo)率均高于0.46 W/（m·K），且隨著GNs所占比例的增加，復(fù)合材料的熱導(dǎo)率也隨之增加，當(dāng)GNs和MWCNTs的體積分?jǐn)?shù)分別為0.6%和0.4%時(shí)，復(fù)合材料的熱導(dǎo)率達(dá)到0.565 W/（m·K），比純EP的熱導(dǎo)率提高了132.5%，分別比導(dǎo)熱填料體積分?jǐn)?shù)為1%的EP/GNs 和EP/MWCNTs復(fù)合材料提高了35%和85%。

圖3　不同GNs/MWCNTs復(fù)合填料含量下EP/GNs/MWCNTs復(fù)合材料的熱導(dǎo)率

復(fù)合填料對(duì)提高復(fù)合材料熱導(dǎo)率效果更明顯，這是因?yàn)樵贓P/GNs/MWCNTs復(fù)合材料中，未接觸的GNs中間填充了大量的MWCNTs，類(lèi)似于微纖結(jié)構(gòu)的MWCNTs充當(dāng)片狀GNs的“導(dǎo)線”，MWCNTs與未接觸的GNs搭接，大大增加了導(dǎo)熱通路形成的幾率，從而在復(fù)合材料內(nèi)部形成了更為完善的三維交織導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)［14］，提高了聲子的傳遞效率，提高了復(fù)合材料的熱導(dǎo)率，這也可從圖1c的TEM照片中得到印證。

2.3復(fù)合材料的耐熱性分析

圖4示出添加不同體積分?jǐn)?shù)導(dǎo)熱填料的EP/ MWCNTs和EP/GNs復(fù)合材料的DSC曲線（曲線中標(biāo)出的數(shù)值即為復(fù)合材料的Tg，下同）。

圖4　不同導(dǎo)熱填料含量的EP/MWCNTs和EP/GNs復(fù)合材料的DSC曲線

從圖4可以看出，MWCNTs和GNs均能提高復(fù)合材料的Tg，并且隨著導(dǎo)熱填料含量的增加，Tg逐漸增大，當(dāng)導(dǎo)熱填料體積分?jǐn)?shù)達(dá)到1.2%時(shí)，EP/MWCNTs和EP/GNs復(fù)合材料的Tg分別達(dá)到150℃和142℃。相對(duì)于GNs，MWCNTs對(duì)EP 的Tg改善效果更為顯著。這是因?yàn)橄啾扔谄瑺畹腉Ns，納米尺度的MWCNTs具有更高的表面活性，因此可以與EP間形成更好的界面結(jié)合，其剛性結(jié)構(gòu)能夠限制EP基體的鏈段運(yùn)動(dòng)，從而更高效地提高復(fù)合材料的Tg。

圖5為純EP及不同GNs/MWCNTs比例的EP/GNs/MWCNTs復(fù)合材料DSC曲線。從圖5可以看出，復(fù)合使用GNs和MWCNTs能明顯地提高復(fù)合材料的Tg，當(dāng)導(dǎo)熱填料總量不變時(shí)，隨著復(fù)合填料中MWCNTs比例增加，EP/GNs/MWCNTs復(fù)合材料的Tg也隨之增加，這是因?yàn)镸WCNTs表面所帶的羥基或者羧基等含氧基團(tuán)參與到EP的交聯(lián)固化反應(yīng)中，為兩者之間提供了良好的界面作用，因此剛性的MWCNTs提高了材料整體的剛性，抑制了EP的鏈段運(yùn)動(dòng)，從而使Tg提高，所以MWCNTs能更好地改善復(fù)合材料的Tg。當(dāng)填充體積分?jǐn)?shù)分別為0.6%和0.4%的GNs和MWCNTs時(shí)，復(fù)合材料的Tg為152℃，比純EP增加了34.5%，與MWCNTs體積分?jǐn)?shù)為1.2%時(shí)的復(fù)合材料Tg基本相同。

圖5　純EP及EP/GNs/MWCNTs復(fù)合材料DSC曲線

2.4復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性分析

圖6示出添加不同體積分?jǐn)?shù)導(dǎo)熱填料的EP/ MWCNTs和EP/GNs復(fù)合材料的TG曲線。從圖6可以看出，不同導(dǎo)熱填料含量下兩種復(fù)合材料的熱分解均是一段式，說(shuō)明復(fù)合材料的熱失重機(jī)理相同?？梢钥闯?，EP/MWCNTs復(fù)合材料和EP/ GNs復(fù)合材料的起始分解溫度［失重5%時(shí)的溫度（T5%）］均隨著導(dǎo)熱填料含量的增加而提高，當(dāng)導(dǎo)熱填料體積分?jǐn)?shù)為1.2%時(shí)，EP/MWCNTs復(fù)合材料和EP/GNs復(fù)合材料的T5%分別為324，329℃，比純EP樹(shù)脂分別提高了11%，13%。由此可見(jiàn)，MWCNTs和GNs均能明顯提高EP的熱穩(wěn)定性，但與MWCNTs相比，GNs的效果更明顯。

圖6　不同導(dǎo)熱填料體積分?jǐn)?shù)的EP/MWCNTs和EP/GNs復(fù)合材料的TG曲線

圖7為不同GNs/MWCNTs比例的EP/GNs /MWCNTs復(fù)合材料TG曲線。

圖7　EP/GNs/MWCNTs復(fù)合材料的TG曲線

由圖7可以得出，當(dāng)GNs和MWCNTs的體積分?jǐn)?shù)分別為0.4%和0.6%時(shí)，EP/GNs/MWCNTs復(fù)合材料的T5%、失重10%時(shí)的溫度（T10%）和分解速率最大時(shí)的分解溫度（Td）分別為298，334，364℃，較純EP分別提高了2%，5.4%和9%。隨著復(fù)合填料中GNs比例的增加，復(fù)合材料的T5%，T10%和Td均隨之增加，當(dāng)GNs和MWCNTs的體積分?jǐn)?shù)分別為0.6%和0.4%時(shí)，復(fù)合材料的T5%，T10%和Td分別為316，349，378℃，比純EP分別提高了8.2%，10%和13.2%。由此可見(jiàn)，復(fù)合使用填料時(shí)，相比于MWCNTs，添加更多的GNs更能改善復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性。

3　結(jié)論

（1）相對(duì)于單獨(dú)采用MWCNTs和GNs作為EP的導(dǎo)熱填料，將兩者復(fù)合作用時(shí)更易在EP中形成良好的導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)。

（2） EP的熱導(dǎo)率、Tg和熱分解溫度均隨GNs或MWCNTs含量的增加而增大，其中，GNs更有利于提高熱導(dǎo)率和熱分解溫度，而MWCNTs更有利于提高Tg。

（3）相比于單一導(dǎo)熱填料，將MWCNTs和GNs復(fù)合更能進(jìn)一步提高EP的熱導(dǎo)率，且隨著復(fù)合導(dǎo)熱填料中GNs比例的增加，熱導(dǎo)率逐漸增大。當(dāng)GNs和MWCNTs的體積分?jǐn)?shù)分別為0.6%和0.4%時(shí)，EP/GNs/MWCNTs復(fù)合材料的熱導(dǎo)率、Tg和T5%分別為0.565 W/（m·K），152℃和316℃，分別比純EP提高了132.5%，34.5%和8.2%。

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Thermal Conductivity of EP/GNs/MWCNTs Composites

Xia Yu， Jiao Jian， Cui Yonghong， Zhao Lizhen
（Department of Applied Chemistry， School of Science， Northwestern Polytechnical University， Xi'an 710129， China）

Multi-walled carbon nanotubes （MWCNTs） and graphene nanosheets （GNs） were used as thermal conductive filler，epoxy resin （EP） was used as matrix，the EP/GNs/MWCNTs composites were prepared by solvent and ultrasonic dispersion method，the thermal conductive property of which was compared to EP/MWCNTs and EP/GNs composites. Transmission electron microscope were used to analyze the microstructure of the composites. Hot Disk thermal conductivity meter was used to measure the thermal conductivity of the composites. Differential scanning calorimetry and thermal gravimetric analyzer were used to analyze the heat resistance and thermal stability of the composites. The experimental results demonstrate that it's easier to form thermal conductive network in composites using the mixed fillers MWCNTs and GNs than using one single kind. The thermal conductivity，glass transition temperature （Tg） and thermal decomposition temperature of EP increase gradually as the content of MWCNTs or GNs increases. Among these，GNs is more beneficial to improve the thermal conductivity and thermal decomposition temperature，MWCNTs is more beneficial to improve Tg. Under the same contents of the fillers，the composites with mixed filler does better than the one with single kind of filler in improving heat-conductivity properties，and the thermal conductivity of the composites increase as the content of GNs in the mixing GNs/MWCNTs fillers increases. When the volume fraction of GNs and MWCNTs is 0.6% and 0.4% respectively，the thermal conductivity，Tgand initial thermal decomposition temperature of EP/GNs/MWCNTs composite is 0.565 W/（m·K），152℃ and 316℃ separately，which improves by 132.5%，34.5% and 8.2% compared with pure EP.

graphene nanosheet；multi-walled carbon nanotube；epoxy resin；thermal conductive network；thermal conductivity

TQ323.5

A

1001-3539（2016）08-0007-06

10.3969/j.issn.1001-3539.2016.08.002

*國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51373135）

聯(lián)系人：焦劍，博士，副教授，主要研究方向?yàn)榻榭锥趸?/p>

2016-05-20