碳化汉麻秆纤维-氮化硼三维导热网络构建高导热环氧树脂复合材料

摘要

【目的】本研究旨在利用碳化汉麻秆纤维构建三维导热网络，解决传统环氧树脂（EP）复合材料中氮化硼（BN）填料添加量高导致的力学性能下降、加工性降低和成本增加的问题，提升环氧树脂的导热性能。【方法】采用碳化汉麻秆纤维（C）作为基础骨架，与氮化硼（BN）复合，利用二者协同增效作用构建高导热复合骨架，以环氧树脂（EP）为基体，制备BN-C/EP复合材料。通过表征材料的微观形貌、化学成分、力学性能及导热散热性能，研究其内部三维导热网络的形成机制和作用原理。【结果】（1）BN-C/EP复合材料中，碳化汉麻秆纤维相互交织并与改性后的BN协同作用，形成了丰富的三维热传导网络；其导热系数较EP提高了496%，每单位填料的导热系数提高了58.63%，有效降低了导热填料的添加量，从而降低了成本。（2）在跨面导热测试中，BN-C/EP复合材料的导热效率较EP提高了11.95%；在面内散热测试中，散热效率较EP提高了23.33%。这些结果表明，该材料在跨面导热和面内散热应用（如散热器）方面具有良好的潜力。（3）BN-C/EP复合材料的抗弯强度提高至68.7 MPa，较EP和BN/EP分别提高了2.08%和9.74%，满足作为热界面材料的使用条件。【结论】本研究利用高长径比的碳化汉麻秆纤维，成功构建了BN-C/EP复合材料的三维导热网络，显著提升了其导热性能。研究揭示了汉麻秆纤维在构建三维导热网络中的关键作用，其天然、环保、低成本的特性为复合材料的开发提供了新的思路。未来可进一步探索天然纤维与导热填料的协同作用机制，优化复合材料的微观结构，开发更高性能、更绿色的复合材料，以满足工业对高效热管理材料的需求。

关键词

汉麻纤维 / 碳化 / 氮化硼(BN) / 环氧树脂(EP) / BN-C/EP复合材料 / 导热 / 散热 / 热界面材料