用于CPU散热器的导热复合材料的制备与性能研究

摘要

为制备用于CPU散热器的高效导热散热材料，本论文通过双螺杆挤出及注射成型制得了PET/石墨，聚丙烯/石墨，尼龙66/石墨导热复合材料，对复合材料的热导率、力学性能、熔体流动速率、熔融温度和结晶度进行了测试，并利用扫描电子显微镜和超声波测试对制备的样品进行了分析。研究了石墨含量、升温速率对PET/石墨混合体系中PET的熔融和结晶行为的影响，热处理、模温对PET/石墨复合材料的导热和力学性能的影响，石墨的片层结构和取向对聚丙烯/石墨、尼龙66/石墨复合材料的导热性能的影响，不同的加工工艺对复合材料中鳞片石墨的取向分布和复合材料性能的影响。得到了用于CPU芯片散热器的导热塑料配方，并将配方材料用于金属—导热塑料复合散热器的散热分析中。将制备的尼龙66/石墨导热复合材料进行了散热实验测试。 结果表明: 1、在一定温度范围内，模温升高有利于复合材料中PET结晶的完善和结晶度的提高。选用适当的温度对混合体系进行热处理可使混合材料中的热应力得到松弛，促进聚合物分子链运动重排，使混合物中PET结晶完善、提高结晶度，提升复合材料的导热性能。 2、鳞片石墨的粒径越小，平面取向度越高，平面与垂直热导率的差值越大。加工中双螺杆挤出机的过度剪切会破坏石墨的片层结构，影响了石墨导热网络的形成，降低了复合材料的热导率，但提高了材料导热的各向均匀性。适度的剪切可以打开石墨的片层结构，提高复合材料的热导率，注射成型更多影响到制品导热的各向异性。混合体系的熔体流动性能随螺杆转速的增加而增强。 3、使用金属—导热塑料复合散热器能减少成本，减轻重量。当扇形散热器的中心铝制圆柱直径D=20mm，整体高度H=40mm，翅片数量N=60，翅片厚度t=1mm，且翅片为直肋时，散热效果最好。在翅片上设计微结构能增大散热器的散热面积，改善散热效果，最终达到的散热效果与金属散热器的比较接近，可以满足CPU芯片散热的需求。 4、当加热块的发热功率为20W，测试时间为18min时，加上导热塑料与尼龙66复合圆片时加热块的测试温度降低了5.3℃，复合圆片上下表面的温度差值的为5.9℃。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 导热高分子材料的导热机理与理论模型

1．2．1 导热机理

1．2．2 理论模型

1．3 导热高分子材料的制备

1．3．1 本征型导热高分子材料

1．3．2 填充型导热高分子材料

1．4 导热高分子复合材料的应用及发展前景

1．4．1 导热高分子复合材料在工业散热领域中的应用

1．4．2 导热高分子复合材料的发展前景

1．5 本论文的研究目的、内容和意义

1．5．1 填充型导热高分子材料研究中存在的问题

1．5．2 本课题的研究内容和意义

第二章 PET／石墨导热复合材料的制备及性能研究

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 原料与试剂

2．2．2 实验设备与仪器

2．2．3 混合工艺与样品制备

2．2．4 性能测试与结构表征

2．3 结果与讨论

2．3．1 石墨填充量对复合材料的影响

2．3．2 成型工艺对复合材料的导热和力学性能的影响

2．4 小结

第三章 石墨填充尼龙66、聚丙烯制备导热复合材料

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 原料与试剂

3．2．2 实验设备与仪器

3．2．3 混合工艺及样品制备

3．2．4 性能测试与结构表征

3．3 结果与讨论

3．3．1 高填充对复合材料性能的影响

3．3．2 鳞片石墨的取向对复合材料热导率的影响

3．3．3 加工方法对复合材料性能的影响

3．4 小结

第四章 金属-导热塑料复合散热器的散热分析

4．1 引言

4．2 金属—导热塑料复合散热器的散热分析

4．2．1 散热器的边界条件

4．2．2 散热系统模型的建立及材料参数

4．2．3 最优尺寸参数的确定

4．3 金属-导热塑料复合散热器的优化设计

4．3．1 翅片带截面为三角形微结构

4．3．2 翅片带截面为半圆形微结构

4．3．3 翅片带截面为正方形微结构

4．4 小结

第五章 散热实验

5．1 实验

5．1．1 实验样品

5．1．2 实验器材

5．1．3 实验步骤

5．2 结果与讨论

5．3 小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

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