第5章聚苯乙烯-SiCp-SiCw导热复合材料的制备研究

1、西北工业大学博士学位论文第五章 PS/SiCp/SiCw导热复合材料的制备研究5.1 前 言正如3.1所言，通过对材料基体的导热改性，可以加快聚合物分子链的热降解，促使材料力学性能劣化加速，可以进一步提高复合材料的力敏碎裂性能。聚苯乙烯(PS)具有一系列优良的电绝缘性能和介电性能，在电气绝缘材料等方面有重要应用。由于PS自身导热性能较差(=0.18W/mk)，使其应用受到一定的限制164-165。目前，国内外利用PS作为基材制备高导热复合材料的研究相对较少，已有研究表明用Al2O3，Si3N4或AlN 陶瓷颗粒作为增强组元可以得到导热性能较好的聚苯乙烯基复合材料166-170。然而导热性能和力

2、学性能是一对相互制约的因素，导热填料的高填充在提高PS导热性能的同时，也会破坏PS基体的连续结构，同时引入更多的应力集中点和缺陷，致使力学性能下降。为了兼顾环氧树脂基复合材料的导热性能和力学性能，本章采用偶联剂对导热填料进行表面处理，采用不同的混合方式和制备工艺制备PS基导热复合材料，以进一步拓宽PS的应用领域。研究了制备工艺，导热填料种类、形状、用量和偶联剂处理对复合材料的导热性能、力学性能、耐热性能和介电性能的影响，并对PS基复合材料断裂破坏和导热机理进行分析，为制备高导热PS基复合材料提供基本的理论依据。5.2 实验部分5.2.1 实验原材料聚苯乙烯(GPPS-PG33)，工业品，镇江奇

3、美化工有限公司；氧化锌，工业品，天津纵横兴工贸有限化工试剂分公司；氧化镁，工业品，中国恒源精细化工有限公司(上海)；微米-碳化硅颗粒(SiCp)，平均粒径1-2um，纯度95%+，密度3.15g/cm3，比表面积2.5m2/g，徐州宏武纳米材料有限公司；微米-碳化硅晶须(-SiCw)，0.05-2.5m，长径比20，纯度99%+，徐州宏武纳米材料有限公司；硅烷偶联剂-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH-560)，钛酸酯偶联剂异丙基三油酸酰氧基钛酸酯(NDZ-105)，工业级，南京曙光化工集团有限公司。5.2.2 材料制备 SiC填料的表面改性处理采用不同偶联剂对微米SiC晶须和SiC进行表面处

4、理：i. KH-560改性处理SiC方法参见本文第三章3.2.2。ii. NDZ-105改性处理SiC方法如下：将SiC放置真空干燥箱内干燥4h，称取适量SiC分散于无水乙醇中，浸泡0.5h。机械搅拌下用超声波处理30min；称取一定质量的NDZ-105以1:3的比例(质量比)溶于异丙醇，并用超声分散20min，然后加入SiC，磁力搅拌30min，再超声分散40min，室温下静置24h，使得NDZ-105充分吸附到SiC表面，抽滤分离4-5次，于80oC真空干燥24h，再在100oC干燥箱内3h，即得NDZ-105改性处理SiC样品。 PS基导热复合材料的制备采用不同的混合方法和成型工艺制备P

5、S基导热复合材料：i. 将聚苯乙烯和导热填料按配比称量、初混后经TSSJ-25/03型双螺杆挤出机(南京晨光化工研究院)，在挤出温度为180-210oC，螺杆转速为15r/min条件下熔融挤出、水冷、造粒，后在70oC下干燥4小时。干燥后粒料再用K-TEC40型注塑机注塑成型制得标准试样，注射温度为180-200oC，注射压力为60MPa。ii. 将聚苯乙烯和导热填料按配比称量在X(S)K-160型开放式炼胶(塑)机(上海橡胶机械一厂)进行双辊辊炼制备PS改性料，将干燥后的块料在小平板硫化机上模压成型制备导热复合材料(170oC、20MPa)。iii. 将聚苯乙烯和导热填料按配比称量在FW-4

6、00A型高速万能粉碎机中混合均匀后，在进行适当的研磨，再用小平板硫化机模压成型制备PS基导热复合材料(170oC、20MPa)。5.2.3 性能表征与结构分析热失重(TGA)分析：采用美国TA公司Q-50型TGA，对样品进行热分析，温度范围50-800oC，升温速率10.0oC/min，N2氛围，样品质量10mg左右，TG曲线由TA Universal Analysis软件处理；扫描电镜(SEM)分析：采用日本电子公司生产的JMS-6700F扫描电子显微镜对试样断口形貌进行分析，扫描电压15kV，试样测试前先进行喷金处理，放大适当倍数后拍照；导热系数(Thermal Conductivity)

7、测试：采用瑞士AB公司生产的Hot-Disk型热常数分析仪对材料的导热系数进行测试，试样尺寸为20mm×20mm×4mm；介电常数测试：采用上海爱仪电子设备有限公司生产的QBG-3D型高频Q表配合S914型介质损耗测试装置。改变频率测量不同频率下介电常数，其中介电试样的规格为27mm*27mm*4mm，测量温度为室温；力学性能测试：拉伸强度和弯曲强度测试采用深圳新三思公司生产的SANS2CMT5105电子万能实验机，分别按GB/T9341-2000和GB/T1040-1992标准执行。5.3 PS基导热复合材料的制备5.3.1 PS形态对复合材料导热性能的影响树脂基体自身的

8、形态会影响复合材料的导热性能。固定导热填料的体积分数为15vol%，采用挤出混合/注塑成型制备PS基导热复合材料。研究了颗粒状聚苯乙烯和片状聚苯乙烯(由颗粒状PS经球磨所得)对复合材料导热性能的影响，实验结果见Table 5-1。Table 5-1 The PS shape influencing on the thermal conductivity of compositesShape Thermal conductive FillersAl2O3MgOSiCpParticles0.25710.26750.2813Flakes0.27080.29540.3082从Table 5-1可以看出

9、，在同等导热填料填充量时，片状PS复合材料的导热性能优于颗粒状PS复合材料。这是因为球磨处理使PS的表观状态发生了改变。一方面，片状PS和导热填料混合更加均匀，有效降低PS和导热填料之间的界面热阻；另一方面，PS分子链在剪切力的作用下发生局部取向，有效改善材料的导热性能，该结果和何洪等人的研究刚好相反166,169。但是球磨也将导致部分PS树脂降解，分子量降低，这在一定程度上又影响了复合材料的力学性能。5.3.2 导热填料种类对复合材料导热性能的影响导热填料种类和用量是影响复合材料导热性能的关键。在PS中添加Al2O3，MgO和SiCp等导热填料，采用挤出混合/注塑成型制备PS基导热复合材料，

10、并进行导热系数的测定，实验结果见Fig. 5-1。 Fig. 5-1 The thermal conductivity of PS composites filled with different fillers从Fig. 5-1可以看出，复合材料的导热系数随着导热填料的加入均有不同程度的提高，且随填充量的增加而增加。在同等填充量下，SiCp对提高PS复合材料的导热效果最佳，MgO次之，Al2O3最差，该趋势与导热填料本身的导热系数大小顺序一致。5.3.3 复合方式对复合材料导热性能的影响SiCp与PS基体的复合方式会影响PS和SiCp界面的热障、SiCp在PS中的均匀分散以及导热网链的形成难

11、易，从而影响复合材料的导热性能。本文采用挤出混合、双辊辊炼混合和粉末混合法制备PS/SiCp导热复合材料，分别测试其导热性能，实验结果见Table 5-2。Table 5-2 The mixing ways influencing on the thermal conductivity of compositesMixing waysSiCp/vol%51020Extruding blending0.21540.24430.3645Twin-rolling blending0.19830.23120.337Powder blending0.21960.26850.3874从Table 5-2可

12、以看出，在同等填充量下，粉末直接共混法所制备PS复合材料的导热性能明显优于挤出混合和双辊混合所制备的复合材料。可见，粉末共混法更易使SiCp在PS基体内部形成导热网链或导热网络，类似现象在聚乙烯/石墨复合材料中也被证实81。5.3.4 偶联剂处理对复合材料导热性能的影响SiCp的表面特性会影响PS和SiCp界面的热障、SiCp在基体中的均匀分散和SiCp的加入量。Fig. 5-2为偶联剂处理SiCp对复合材料导热性能的影响。Fig. 5-2 The coupling reagent influencing on the thermal conductivity of composites从Fi

13、g. 5-2可知，采用NDZ-105处理SiCp使复合材料的导热系数稍微增加，而采用KH-560处理SiCp则使复合材料的导热系数稍微降低。这是因为NDZ-105一端的脂肪族长碳链本身极性较弱，与PS树脂匹配较好，更能有效实现“架桥”效果。KH-560处理虽然也改变SiCp的表面特性，但与PS的相容性远不如NDZ-105，界面热阻大；同时KH-560对SiCp的包覆使SiCp自身导热性能降低，使复合材料导热系数降低。所以寻找合适的偶联剂和改性方法改善SiCp粒子与PS基体界面也是提高体系导热性的一个重要途径。5.3.5 SiC形态和用量对复合材料导热性能的影响从导热通路形成看，球形填料彼此间仅

14、以点接触，而非球形粒子接触时接触点比球形的多，故导热系数提高很快。可见，SiC的形态和用量对PS复合材料的导热性能有较大的影响。本文研究了NDZ-105改性SiC颗粒(SiCp)和SiC晶须(SiCw)用量对复合材料导热性能的影响，如Fig. 5-3所示。Fig. 5-3 The shape and content of SiC influencing on the thermal conductivity从Fig. 5-3可知，复合材料的导热系数随着SiC用量的增加而增加。同等填充量下，SiCw较SiCp更易改善复合材料的导热性能。当SiCw的体积分数为40%时，PS/SiCp的热导率为1.

15、03W/mk，而PS/SiCw的热导率为1.18W/mk。可见，具有一定长径比的SiCw更易在复合材料内部形成导热网链。当SiCw体积分数小于20vol%时，导热系数与填充量基本呈线性关系，当SiCw体积分数达到30 vol %时，导热系数随SiCw填充量增加而陡增。这是因为当SiCw填充量较小时，SiCw被导热系数较低的PS分割，彼此间未能相互接触，导热提高不大；随着SiCw用量的增加，SiCw与SiCw堆积更加紧密，搭接更方便，在PS中形成导热链和导热网络几率增加，使复合材料的导热性能迅速增加171-172。5.3.6 SiCp和SiCw复配对复合材料导热性能的影响混合复配填充往往可以达到

16、更高的填充量，从而获取更好的导热性。本文采用SiCw和SiCp复配填充进一步改善复合材料的导热性能，结果如Fig. 5-4所示。Fig. 5-4 The compound of SiC influencing on the thermal conductivity of composites从Fig. 5-4可知，SiCp和SiCw复配填充更利于改善复合材料的导热性能。在同等填充量下，复配体系填充制备的复合材料具有较单一SiCp和SiCw填充复合材料更佳的导热性能。当SiCw/SiCp=3/1(vol/vol)时，复合材料的导热性能达到最佳，其导热系数为1.29W/mk。这是因为，当复配SiC

17、添加量较低时，复配填料被导热系数低的PS隔离，导热系数增加不明显。随着复配SiC用量的增加，复合材料内部形成网络通路的几率增加。尤其是具有一定长径比的SiCw成功连接了部分隔离的SiCp，在SiCp之间起着导热桥梁作用。随着SiCw用量的进一步增加，SiCp、SiCw自身以及彼此之间的搭接增多，复合材料的热导率提高。SiCw在SiCp之间的搭接作用如Fig. 5-5所示。 Fig. 5-5 The interconnect function between SiCw and SiCp5.3.7 SiCw和SiCp复配对复合材料力学性能的影响过多复配SiC(SiCw/SiCp=3/1(vol/v

18、ol)的加入往往会降低材料的力学性能。本文研究了复配SiCw和SiCp用量对复合材料力学性能影响，见Fig. 5-6。 Fig. 5-6 The SiC content influencing on the mechanical properties of composites从Fig. 5-6可以看出，随SiC用量的增大，复合材料拉伸强度、弯曲强度和冲击强度均呈下降趋势，其中拉伸强度和弯曲强度急剧下降，而缺口冲击强度下降趋势相对缓慢。这是因为导热填料作为不连续相以岛状形态分布在连续PS树脂相中，随着复配SiC填充量的增加，复配SiC在复合材料中所占体积比逐渐增大，PS树脂构成的连续相相对减少

19、，也就是承力部分减少，复合材料的拉伸强度减小。当复配SiC用量过高时，复配SiC和PS基体界面空穴、缺陷增多，应力集中点增加。同时，过多填料的存在还会破坏PS基体的连续结构，阻碍链段的运动，致使力学性能下降。 5.3.8 偶联剂处理对复合材料力学性能的影响Fig. 5-7为钛酸酯偶联剂NDZ-105处理复配SiC对复合材料的拉伸强度(a)、弯曲强度(b)和冲击强度(c)影响的关系曲线。 Fig. 5-7 The coupling reagent influencing on the mechanical properties of composites 从Fig. 5-7中可以看出，在同等填充

20、量下，经NDZ-105处理后，复合材料的弯曲强度和冲击强度均有不同程度的提高，而拉伸弯曲强度随着NDZ-105用量的增加而稍微降低。这是由于经过NDZ-105处理过的SiC与PS基体通过物理吸附而产生较大的界面粘接强度。NDZ-105能提高SiC的浸润吸附性能。而且，SiC表面包覆的NDZ-105分子中含有不饱和C=O双键，在与PS复合时，它能和PS分子链发生缠绕，增强和基体的粘接力，在SiC和PS基体之间形成一个柔性界面层，从而在受力时可以促进填料表面附近的PS屈服和塑性变形，但这种柔性界面层的存在也在一定程度上影响了复合材料的拉伸性能171-172。5.3.9 PS/SiCw/SiCp复合

21、材料的热性能Fig. 5-8为纯PS和PS/SiCw/SiCp复合材料的TGA曲线。Fig. 5-8 TGA curves of native PS and PS/SiCw/SiCp composites从Fig. 5-8可以看出，纯PS的热失重曲线主要分为2个阶段。第一热分解阶段的温度范围为0-275oC之间，该阶段失重仅为1%，主要是样品中吸附或聚合时带进去的水等小分子物挥发所致；第二热分解阶段的温度范围为275-450oC，450oC时质量损失率达100%，该阶段PS主链开始裂解和碳化，直至所有有机物裂解挥发。该失重范围内，PS的分解分为两步：300oC开始分解，主要是PS的解聚反应；随

22、温度的升高，PS的分解逐渐转化为无规断链反应，在450oC时PS无规断链反应速率达到最大值173。同时，随着复合体系中复配SiC的加入，PS/SiCw/SiCp复合材料的耐热性得到进一步提高。其热分解温度高于纯PS的热分解温度，且随复配SiC用量的增加而提高。这主要是因为SiCw/SiCp和PS实现了有效的复合，大大增加了界面粘接强度，使得复合材料的阻尼增大，链段运动困难；同时，复配SiC具有阻隔挥发性热分解产物扩散的作用，因而提高PS的热分解温度。5.3.10 PS/SiCw/SiCp复合材料的介电性能介电常数是表示材料作为绝缘物储存电能的能力。PS/SiCw/SiCp复合材料不同频率下的介

23、电常数与复配SiC用量的关系如Fig. 5-9所示。Fig. 3-9 The SiC content influencing on the dielectric constant of composites由Fig. 5-9可以看出，随着复合材料中复配SiC用量的增加，PS/SiCw/SiCp复合材料的介电常数增加。这是因为复配SiC的介电常数远远大于PS的介电常数，因此复配SiC的含量多少是决定复合材料最终介电常数的主要因素。而且，复合材料中复配SiC的加入相当于在体系中引入了许多微电容，提高了材料的极化性能，从而提高复合材料的介电常数。从Fig. 5-9还可以看出，当复配SiC用量较低时(

24、<20vol%)，复配SiC孤立地分布在复合材料体系内，相邻的复配SiC之间距离较大，电子在复合材料体系中移动时仍会遇到绝缘的PS基体而受阻，因而未能形成通路，所以体系的介电常数还是比较低；当复配SiC用量增加到某一定值时(20vol%)，此时体系内复配填料的含量相对多了，相邻填料之间距离减小，复配SiC之间可以相互接触或足够接近，通过隧道效应或电子跃迁形成连续的通路，因而介电常数急剧增大。5.3.11 PS/SiCw/SiCp复合材料的微观形貌Fig. 5-10是不同复配SiC用量PS/SiCw/SiCp复合材料冲击断面的SEM照片。 a.5vol% SiCw/SiCp b.10vol

25、% SiCw/SiCp c.20vol% SiCw/SiCp d.30vol% SiCw/SiCpFig. 5-10 The SEM observation of impact fracture of composites with different volume fraction of SiCw/SiCp 从Fig. 5-10a、b、c和d可以看出，当复配SiC体积分数较少时，复配SiC呈孤立状态，围绕在PS颗粒周围；随着复配SiC体积分数的增加，PS周围的复配填料开始相互接触、搭接甚至形成团簇，形成部分导热通路，使复合材料导热系数增加。当复配SiC体积分数达到某一临界值时，复配SiC与P

26、S形成了一种相互交错结构的空间三维导热网络，使复合材料导热系数增大。 从Fig. 5-10a、b、c和d还可以看出，随着复配SiC体积分数的增加，复配SiC自身团聚和团簇现象加剧，在PS基体中的分散性变差，复合材料内部的空洞和缺陷增多，这与复合材料力学性能的分析结果相符。5.3.12 PS/SiCw/SiCp复合材料的断裂破坏填充物与基体树脂接触构成的界面是复合材料极为重要的微观结构，其结构与性能直接影响复合材料的性能174。当填充物与基体树脂处于较弱结合状态时，界面粘结强度远小于基体树脂的内聚强度，填充物极易从基体树脂中脱落；当填充物与基体树脂处于较强结合状态，界面粘结强度接近基体树脂的内聚

27、强度时，则会发生界面脱粘破坏；当基体树脂与填充物处于强结合状态，界面粘结强度大于基体树脂的内聚强度，则呈现出基体破坏或填充物断裂破坏175。Fig. 5-11为SiCw/SiCp(20vol%)填充制备PS复合材料的断口形貌。Fig. 5-11 The SEM observation of impact fracture of PS/SiCw/SiCp composites 从Fig. 5-11可以看出，填充20vol%的SiCw/SiCp时，PS复合材料的断面出现了数些空隙和微裂缝等缺陷。可见，SiCw/SiCp与PS处于弱界面结合状态，因此当复合材料受到外加载荷作用时，缺陷处产生严重的应力

28、集中，引起PS脆性材料微裂缝的引发、迅速扩展而加速断裂。表现出为SiCw/SiCp极易从PS树脂中脱落的破坏方式，其断裂模型可以用Fig. 5-12进行表示。 Fig. 5-12 Failure mode of PS/SiCw/SiCp composites5.3.13 PS/SiC导热复合材料导热系数模型拟合研究复合材料的导热系数与填料、基体导热能力及二者界面作用有很大关系，从理论上搞清其影响因素，研究导热系数的模型及方程有助于计算和预测特定体系的导热能力。然而，国内外对导热高分子的研究不到20年，对其导热模型的研究还相对肤浅。现有的一些导热模型及经验方程适用面很窄，往往只在低填料用量下适用

29、，且不考虑热阻、热界面影响等因素。到目前为止，仍没有一个能正确预测材料导热系数的模型或经验方程。因此，针对具体的导热复合材料体系，需要研究适合其导热行为的预测方程，这样可以通过结构设计和工艺控制获得具有特定导热系数的材料。本文研究了PS/SiC体系的导热系数的影响因素，考察各个模型对该体系的适用性。 PS/SiC二元复合导热体系导热系数模型预测范围比较导热系数模型的研究最初建立在“并联”与“串联”模型基础上，如Fig. 5-13。Thermal fluxThermal fluxPolymerFillersFillersPolymerParallel ModelSeries ModelFig.

30、5-13 Schematic diagram of parallel and series models导热填料与基体平行排列，当热流方向与并行板的平面平行时，相当于电子学中的“并联电路”，这时平行板内每一层具有相同的温度梯度，热流将选择平行板内导热系数高的板层通过，因此平行板的总导热系数kc为：当热流方向垂直于平行板的板面时，则相当于电子学中的“串连电路”通过平行板内每一层的热流相等，但温度梯度不等，平行板的总导热系数kc为：式中，Vm、Vf分别是基体和填料的体积分数，km、kf分别是基体和填料的导热系数。实际填料和基体的分布不是按以上两种极限形式来排布。因此，“串并联”模型预测值不能正确预

31、测导热系数。复合材料中相分布更多的是一相随机的分散在另一相中，对于分散相随机分布下复合材料的导热性能，假设分散相粒子间不接触，且均一分散在基体中，有著名的Maxwell-Eucken模型。Hashin-Shtrlkman(HS)根据分散相和连续相导热系数大小，确定了Maxwell-Eucken方程边界值176。将填充型聚合物复合材料分为如下两种：如果连续相导热系数小于分散相 (见Fig. 5-14a所示)，即聚合物基体为连续相，高导热填料为分散相，则有Maxwell-Eueken下限方程：如果连续相导热系数高于分散相 (见Fig.5-14b所示)，即高导热填料为连续相，聚合物基体为分散相，则有

32、Maxwell-Eueken上限方程：(a)(b)Fig. 5-14 Heat flux vectors for a dispertion of spheres in a continuous medium (a) with kcont>kdisp (b) with kcont<kdisp一般情况下，分散相不可能完全没有相互接触，即在同一材料中，两相均可成为连续相或分散相，这主要取决于某一区域内两相相对含量的大小，此时Maxwell-Eucken模型预测就存在较大偏差，这种结构的非均相材料导热系数可由有效介质理论(Effeetive Medium Theory以EMT)来模拟。EM

33、T导热系数模型表达式177：对于全用量范围内PS/SiC二元导热复合体系，各个模型的导热系数预测情况如Fig. 5-15所示。Fig. 5-15 The predicted curves of several models for PS/SiC composites 可见，“串联模型”则处于预测最低值，而“并联模型”处于预测最高值， EMT模型预测值介于Maxwell-Eucken上下限预测值之间。对于连续相导热系数大于分散相的情况，也就是SiC填充量较大时，复合材料导热系数大于EMT预测值，而低于Maxwell-Eueken上限值；对于连续相导热系数低于分散相情况，相对于SiC填充量较小时，

34、复合材料导热系数低于EMT预测值，而大于Maxwell-Eueken下限值。因此，Maxwell-Eucken模型上下限之间区域，实际为目前绝大多数模型的预测范围。该上下限区域比“串并联模型”预测区域缩小许多。在本本文制备PS/SiC复合材料的填充范围内，实验值与Maxwell-Eucken上下限预测值及EMT模型预测值的比较如Fig. 5-16所示。Fig. 5-16 Comparison between measured and predictions of composites由Fig. 5-16可知，实验值均小于EMT模型理论值和Maxwell-Eucken上限值，和Maxwell-E

35、ucken下限值比较吻合。这是因为，少量的SiC在PS基体中分散性较好，当SiC用量达到一定值时可在复合材料中形成导热通路。但体系中过多SiC的加入不可避免地将空隙或缺陷在引入到复合材料中，导致实验值低于理论值。同时，上述模型未考虑SiC形状、SiC表面性质、SiC和PS间的界面热阻，使上述模型在解释该类现象时均存在一定的局限性和误差。 导热填料形状及界面热阻对PS/SiC复合体系导热系数影响填料形状、表面性质以及填料和PS间的界面热阻均会影响最终材料的导热性能。因此模拟实际导热系数的方程必须考虑界面热阻及导热填料的形状参数及分布等对导热系数的影响。Hamilton-Crosser73推导出了

36、更具普遍意义的而且考虑了导热填料形状的复合材料热导率计算方程：式中：n为导热填料形状参数，n=3/，为导热填料球形度，a为界面热阻。如果导热填料为球形，则=1，即n=3。导热填料形状参数不同，导热系数必然会有很大变化，给出一些n值，由Hamilton-Crosser修正方程得到不同导热填料形状参数与复合材料导热系数的关系图。PS/SiC复合材料导热系数(a=0)随SiC形状参数变化情况如Fig. 5-17所示。Fig. 5-17 The particle shape of SiC effecting on thermal conductivity composites从Fig. 5-17可以看

37、出，在相同填充量下，SiC形状参数n值越高(SiC球形度越低)，复合材料导热系数越大，即SiC形状对复合材料导热能力具有很大影响。球形SiC (=l，n=3)对提高复合材料导热系数效果最差。因此，要得到高导热系数必使用高形状参数的导热SiC，尽量避免使用球形SiC。从内部导热通路形成角度看，球形SiC彼此间仅仅以点接触，而非球形SiC接触时接触点比球形SiC的多很多，SiC间形成的导热点数目急剧升高，故导热系数提高很快。由Fig. 5-17可见，要得到同样的导热系数，使用高形状参数SiC时其用量仅为低形状参数SiC用量的几分之一。因此，采用较小球形度SiC是提高复合材料导热能力的有效手段。本实

38、验中相同填充量SiCw制备的复合材料的导热性能优于相同填充量的SiCp也证实了这一点。通常认为，导热填料的加入有利于提高复合材料的导热性能。实际复合材料导热性能并没有出现预期的那样高，甚至会下降。这是由于当导热填料加入基体后，基体和导热填料之间存在了很大的界面热阻所致。由Hamilton-crosse修正模型可知，当粒子为球形(n=3)时，若界面因子a<l，则可以提高复合材料导热性能，而且a越小，复合材料导热性能提高越显著；若a>l，则导热填料会降低复合材料导热性能，且a越大对材料导热性能损伤越大，如同加入杂质或混入气泡等空隙一样导热系数下降很明显；而a=0时，界面热阻不存在，这是

39、理想状态，实际上是不存在的。因此，设法减少体系内部界面热阻是制备高导热复合材料的关键所在。界面热阻不仅与导热填料和基体之间的空隙、缺陷、界面粘结程度有关，还取决于两相之间界面的总面积。对于同一复合体系来说，导热填料的粒径愈小则与基体的接触面积愈大，界面相所占比例也就越多，总界面热阻也就愈高。前面几种的预测模型都假设PS基体和SiC之间是完全独立存在的，然而实际情况下SiC能影响PS的结晶性能和大分子的运动，Agari 模型考虑到了填料对基体的影响因素，假定分散状态是均匀的，从而得到理论公式：式中， Cp为影响结晶度和聚合物结晶尺寸的因子；Cf为形成填料导热链的自由因子，体现了形成导热链的难易程度，0<Cf<1，填料越容易形成导热链，对复合材料导热性的影响越大，Cf就越接近1。