实验设备：LUMiFuge 110 稳定性分析仪（图2.1）、纳米激光粒度仪（DLS）、差示扫描量热仪（DSC）、热重分析仪（TGA）、激光导热仪、核磁共振波谱仪（¹H NMR）、傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）、介电常数测试仪、万能材料试验机等。

LUMiFuge稳定性分析仪测试原理（图2.2）：该仪器基于离心加速分离与STEP技术（Space- and Time-resolved Extinction Profiles，空间-时间解析消光图谱法），通过施加最高约2300倍重力加速度，将样品在自然条件下需数月甚至数年才发生的沉降、分层或上浮等不稳定过程，显著加速至数小时内完成。测试过程中，近红外光（或短波蓝光）平行光束沿样 品管全程扫描，内置集成的两千多个CCD探测器实时监测透光率的动态变化。结合配套分析软件SEPView，可对分散体系的动态稳定性、界面迁移速率及相分离程度进行直观、定量的表征。

• 制备4种不同组成的WPUD基质样品（3294IPDI-1、3294IPDI-2、3294IPDI-3、3294IPDI-7），通过三元混合物实验设计调整100%生物基多元醇（Priplast 3294）、2,2-二羟甲基丁酸（DMBA）、1,3-丙二醇（1,3-PDO）的摩尔比例（DMBA≥37%，Priplast 3294 ≥40%），采用预聚体法合成，经中和、相转化、扩链、脱丙酮制得，固含量调整为40% 。

• 基于LUMiFuge稳定性预分析结果，选择稳定性最优的WPUD基质样品3294IPDI-2，添加经偶联剂KH-550改性处理的SWCNT母料，分别制备SWCNT含量为0.1wt%、0.3wt%、0.5wt% 的电子封装复合样品（3294IPDI-2/SWCNT 0.1wt%、0.3wt%、0.5wt%），并以传统电子封装用环氧树脂（EP-828）作为对比样。

• 通过FTIR、¹H NMR 对所有样品进行化学结构表征，确认聚合物分子链的成功合成及 SWCNT与基质的结合状态。

• 离心参数：相对离心加速度（RCA）2000g，测试时长5小时，扫描频率每10秒/次。

• 环境条件：设置三组测试环境，分别为 4℃（低温储存模拟）、25℃（常温储存）、40℃+85% RH（高温高湿加速老化模拟，模拟电子设备严苛工作环境）。

• 样品容器：使用2mm光程的聚酰胺（PA）透明离心管。

• 监测方式：通过样品管内透光率变化分析样品沉降边界移动、团聚情况，计算不稳定性指数（Instability Index），该指数为无量纲值，数值越低表明样品稳定性越高。

• 长期稳定性验证：对复合样品储存1年后再次进行 LUMiFuge 测试，评估长期储存后的稳定性变化。

通过LUMiFuge分析，不同基质样品在三种环境下的稳定性表现如下：

• 4℃和25℃时：所有WPUD基质样品的不稳定性指数均低于0.18，其中3294IPDI-2的不稳定性指数最低（4℃时 0.10±0.01，25℃时 0.11±0.01），其透光率图谱中沉降边界移动距离最小，表现出优异的常温及低温储存稳定性；

• 40℃+85% RH 时：所有样品不稳定性指数略有上升，但3294IPDI-2仍保持最低（0.14±0.02），耐湿热稳定性显著优于其他样品，更适配电子设备复杂工作环境；

• 在各环境下，EP-828（环氧树脂）不稳定性指数均高于所有WPUD基质样品，且在高温高湿环境下，不稳定指数最高（40℃+85% RH时，0.25±0.03），验证了生物基WPUD 的环境适应性更具优势，稳定性相对更优。

表 3.1 不同基质样品在各环境下的不稳定性指数

图3.1 不同基质样品的稳定性对比（不稳定指数）

3.1.2 FTIR / ¹H NMR 结构表征结果

FTIR：所有WPUD基质样品均无 2275 cm⁻¹ 处异氰酸酯（NCO）特征峰，证实NCO完全反应；3351 cm⁻¹ 处出现 NH 伸缩振动宽峰，1550 cm⁻¹、1242 cm⁻¹ 处出现氨基甲酸酯/脲键特征峰，确认WPUD聚氨酯 - 脲分子结构符合设计；

图3.2 合成的WPUD基质在中红外区域的傅里叶变换红外光谱

¹H NMR（图3.3）：Priplast 3294 的特征峰（CH₂C (O) O：2.30 ppm）完全融入 WPUD 谱图，且羟基特征峰消失，证实生物基多元醇成功接入聚合物主链；3294IPDI-2 样品中 DMBA（37mol%）、Priplast 3294（63mol%）的特征峰比例与投料比一致，合成工艺可控。

图3.3 核磁共振图谱

• DSC：3294IPDI-2 的玻璃化转变温度（Tg）为- 50.8℃，软段与硬段相分离特征明显，低温柔韧性优异；

• TGA：3294IPDI-2的10% 热失重温度（T₁₀%）为 308.6℃，热降解分三阶段（263.3℃、327.2℃、420.6℃），可耐受电子封装的高温固化工艺（80~160℃），热稳定性满足应用要求。

3294IPDI-2 的平均粒径为 217±40 nm，多分散性指数（PI）=0.11，粒径呈单峰分布，分散均一性良好，为后续添加SWCNT提供稳定的基质基础。

以 3294IPDI-2 为基质，添加改性SWCNT后，通过 LUMiFuge、DLS、激光导热仪、介电常数测试仪、万能材料试验机完成多维度表征，结果如下：

复合样品在常温 25℃、高温高湿 40℃+85% RH 下的不稳定性指数如表3.2、图 3.4所示：

• 25℃时：3294IPDI-2/SWCNT 0.1wt%、0.3wt%、0.5wt% 样品的不稳定性指数分别为 0.17±0.01、0.15±0.02、0.19±0.02，均处于较低水平，表明偶联剂 KH-550 改性有效抑制 SWCNT 团聚，填料添加未显著破坏基质稳定性；

• 40℃+85% RH 时，三种样品不稳定性指数均略有上升，但0.3wt% SWCNT 样品仍保持最低（0.20±0.03），复杂环境下稳定性最优；

• 经LUMiFuge加速离心后，0.3wt% SWCNT 样品的透光率图谱沉降边界清晰、分层极不明显，无明显 SWCNT 沉降团聚，稳定性符合电子封装材料要求。

  
  

表 3.2 复合样品在各环境下的不稳定性指数

图3.4  复合样品在各环境下的不稳定性指数

• 0.3wt% SWCNT 样品的平均粒径为58±3nm，PI=0.08，粒径呈单峰窄分布，表明SWCNT在WPUD 基质中分散均匀，无明显团聚，为导热、介电性能的均一性提供保障；

• 0.5wt% SWCNT 样品的PI升至0.29，出现双峰分布，表明高含量SWCNT开始团聚，与 LUMiFuge 测试中不稳定性指数升高的结果相互印证。

• 纯3294IPDI-2的热导率为0.30±0.02 W/(m・K)；

• 0.1wt%、0.3wt%、0.5wt% SWCNT 样品的热导率分别为 0.52±0.03、0.85±0.03、0.87±0.04 W/(m·K)；

• 0.3wt% SWCNT 样品的热导率为纯基质的2.8倍，继续增加 SWCNT 含量，热导率提升幅度约2.4%，存在明显边际效应，0.3wt% 为导热性能最优的添加量

• 0.3wt% SWCNT 样品的介电常数 3.2±0.1，介电损耗角正切值 0.02±0.003，符合电子封装材料的绝缘兼容性要求（介电常数＜4，介电损耗＜0.05）；

• 0.5wt% SWCNT 样品的介电常数升至 4.5，介电损耗增至 0.06，绝缘性能下降，无法满足电子封装的绝缘要求。

按标准测试，0.3wt% SWCNT 样品的拉伸强度32.5±1.2 MPa，断裂伸长率420±15%，兼具优异的拉伸强度和柔韧性，可有效缓冲电子器件在运输、使用过程中的机械冲击，机械防护性能满足电子封装要求；相比之下，0.5wt% SWCNT 样品的断裂伸长率降至280±12%，柔韧性显著下降。

对储新鲜样品及储存1年的老化样品（0.3wt% SWCNT 样品）进行 LUMiFuge、激光导热仪、介电常数测试仪测试，评估长期老化后的性能变化，核心结果如下：

• 0.3wt% SWCNT样品在 25℃下不稳定性指数几乎无变化，40℃+85% RH下变化幅度≤0.05，无明显团聚或相分离；

• 其透光率指纹图谱（图4.5）显示，新鲜样品（a）与储存1年的老化样品（b）透光率变化趋势高度一致，无明显沉降峰，长期储存稳定性优异；

• 对比样 EP-828 的不稳定性指数变化幅度更大，长期环境适应性劣于生物基复合样品；

表 3.3  0.3wt% SWCNT复合样品老化前后不稳定性指数对比

图3.5 新鲜样品（a）和老化后（b）透光率指纹图谱

• 老化后0.3wt% SWCNT 样品的热导率为 0.83±0.03 W/(m・K)，介电常数 3.3±0.1，介电损耗角正切值 0.02±0.004；

• 导热性能衰减率仅 2.35%，介电性能基本无变化，核心性能长期稳定性优异，满足电子封装材料的仓储与使用要求。