Enhancement of Mechanical Properties of High-Thermal-Conductivity Composites Comprising Boron Nitride and Poly(methyl methacrylate) Resin through Material Design Utilizing Hansen Solubility Parameters

材料科学 氮化硼 复合材料 热导率 聚甲基丙烯酸甲酯 溶解度 热的 甲基丙烯酸甲酯 甲基丙烯酸酯 溶解度参数 电导率 聚合物 共聚物 有机化学 物理 化学 物理化学 气象学
作者
Yumi Inagaki,Masakazu Murase,Hiromitsu Tanaka,Daisuke Nakamura
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:16 (20): 26653-26663 被引量:9
标识
DOI:10.1021/acsami.4c00626
摘要

Materials for heat sinks in automotive heat dissipation systems must demonstrate both high thermal conductivity and stress resistance during assembly. This research proposes a composite material, comprised of thermally conductive ceramic fillers and matrix resins, as a suitable option for such application. The strategy for designing this material interface is directed with Hansen solubility parameters (HSP). A composite material featuring a honeycomb-like structure made of poly(methyl methacrylate) (PMMA) and boron nitride (BN) particles was successfully fabricated through press molding. This yielded a continuous BN network exhibiting high thermal conductivity and moderate mechanical strength. The HSP evaluation led to the suggestion of introducing highly polar functional groups into the matrix resin to enhance the affinity between PMMA resin and BN fillers. In line with this recommendation, a nitrile (CN) group─a highly polar group─was introduced to PMMA (CN-PMMA), significantly enhancing the composite's maximum bending stress without noticeably degrading other properties. Surface HSP evaluation through contact angle measurements revealed an "interface enrichment effect", with the CN groups concentrating at the resin-filler interface and effectively interacting with the surface functional groups on the BN particles, which resulted in an increase in the maximum bending stress. These findings emphasize the advantage of employing HSP methodologies in designing high-performance composite materials.
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