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第 10 期 肖强强，等: 氮化铝/氧化石墨烯对环氧树脂胶黏剂导热性能的影响 ·1781·

2.3 热稳定性分析 2.4 偶联剂改性对导热性能的影响
样品的热重曲线见图 4。 图 5 为填充改性与未改性氮化铝（5 µm）的胶
由图 4 可见，环氧树脂在 198 ℃开始分解，氮 黏剂的导热系数与氮化铝含量的变化关系。
化铝/环氧树脂的分解温度升高为 221 ℃。热稳定性 添加氮化铝后，导热系数会有不同程度的升高，
提高的原因主要有两个：一是氮化铝的比热容和导 KH-560 改性的氮化铝相比未改性的氮化铝更能提
热系数比环氧树脂大，当有外部热量输入时，相同 高环氧树脂的导热系数。当未改性的氮化铝质量分
质量的氮化铝比环氧树脂吸收的热量多，提高了导 数为 70%时，胶黏剂导热系数为 1.73 W/(m·K)，而使用
热胶的初始分解温度 [16] ；二是氮化铝颗粒可以形成 相同含量的改性氮化铝，导热系数为 2.24 W/(m·K)。
耐热层，将样品表面的聚合物与本体聚合物隔开，
同时阻碍了内部降解的小分子物质的挥发，提高了
导热胶的热稳定性 [17] 。从图中还可以看出，用
KH-560 对氮化铝处理后，导热胶的热分解温度上升
为 248 ℃，表明偶联剂处理填料能提高复合材料的
热稳定性。由于偶联剂的活性官能团使得氮化铝粒
子与树脂基体之间形成众多的化学和物理结合点，
二者结合力增大，在一定程度上限制了环氧树脂分
子的热运动，必须克服这种结合力，环氧树脂分子
内部的化学键才能断裂，因此，受热分解就需要更

高的温度。 图 5 氮化铝/环氧树脂胶黏剂导热系数与 AlN 质量分数
的关系
Fig. 5 Thermal conductivity of AlN/epoxy as a function of
filler dosage

当氮化铝用量较低时（质量分数低于 40%），随
填料的增加导热系数上升缓慢。当质量分数超过 40%，
增加氮化铝用量，胶黏剂的导热系数迅速升高。这
是因为氮化铝在低填充量下，粒子被环氧树脂基体
包裹起来，各填料粒子间彼此孤立，无法形成导热
通路，而聚合物的导热系数比较低，因此导热系数
增加缓慢。当氮化铝质量分数超过 40%后，氮化铝颗
粒间接触面积增大，形成有效的导热通路 [18-19] ，因此，
导热系数迅速增大。当氮化铝质量分数超过 70%后，

氮化铝团聚严重，黏度急剧上升，材料内部产生明
图 3 （a）AlN/环氧树脂、（b）改性 AlN/环氧树脂、（c、
显的气孔和缺陷，加工困难。
d）改性 AlN/GO/环氧树脂的 SEM 图
Fig. 3 SEM images of (a) AlN/epoxy, (b) modified AlN/epoxy, 声子振动不匹配以及氮化铝和环氧树脂界面缺
(c, d) modified AlN/GO/epoxy 陷造成的声子散射，与界面强度有密切关系 [20] ，是
影响复合材料界面热阻的主要原因。KH-560 分子含
有两种不同的基团，一种是环氧基，可以与环氧树
脂或固化剂结合；另一种硅氧烷基，水解后可以与
氮化铝表面的羟基结合。改性前（图 3a），存在大
量氮化铝颗粒剥离，氮化铝与树脂间界面粘结力比
较弱。改性后，KH-560 分子接枝到氮化铝表面，在
导热填料和环氧树脂基体间起到分子桥梁的作用，
提高了界面粘结强度 [21] ，因此，提高了胶黏剂的导
热性能。
2.5 氮化铝尺寸对导热性能的影响

图 4 AlN/环氧树脂胶黏剂的热失重曲线 图 6 反映了氮化铝尺寸对导热性能的影响。在
Fig. 4 TG curves of AlN/epoxy adhesives 相同含量下，添加 5 μm 氮化铝的导热系数高于添加