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四種導熱填料在橡膠中的應用

來源:廣州宏武材料科技有限公司     發布時間:2019-12-25瀏覽量:

      近年來,橡膠制品的導熱性能受到廣泛關注。導熱橡膠制品廣泛應用于航天、航空、電子、 電器領域中需要傳熱的部位,并起到絕緣和減震作用。導熱性能改善對導熱橡膠制品極其重要。例如,電子元氣件溫度每升高2 ℃,其可靠性下降10%。利用導熱填料制備的橡膠復合材料能夠有效傳遞熱量,對電子產品的密集化、小型化以及提高其可靠性和延長其使用壽命都具有重要意義。 

      目前,應用于輪胎的橡膠材料需具有低生熱、高導熱的特點,一方面在輪胎硫化過程中改善膠料傳熱性能、提高硫化效速率,減少能耗;另一方面及時導出輪胎在高速行駛過程中產生的熱量,降低胎體溫度,減少因溫度過高造成的輪胎性能下降。導熱橡膠的導熱性能主要由橡膠基體和導熱填料決定。無論是粒子還是纖維狀導熱填料自身的導熱性能都遠優于橡膠基體。

    最常用的導熱填料有以下幾種材料:

1. beta相納米碳化硅
      納米級碳化硅粉體,形成接觸導熱鏈,且更容易與高分子鏈接枝,形成Si-O-Si鏈導熱骨架做為主要導熱通路,大幅度提高復合材料的導熱率,同時不降低復合材料的機械性能。納米碳化硅粉體體積比為13。8%(折合成質量比不到30%)就大幅度提高環氧樹脂導熱率到4。1瓦/米。開。
      碳化硅環氧樹脂復合材料的導熱系數隨著碳化硅的用量增加而增大,納米碳化硅在用量較低的情況下即可賦予復合材料良好的導熱性能。碳化硅環氧樹脂復合材料的彎曲強度和沖擊強度隨碳化硅用量的增加呈先升后降的態勢,碳化硅表面改性后可以有效的的改善復合材料的導熱性能和力學性能。
      碳化硅化學性能穩定,其導熱性能優于其他半導體填料,在室溫下導熱系數甚至大于金屬。北京化工大學研究員對氧化鋁和碳化硅補強硅橡膠的導熱性能進行了研究。結果表明:隨著碳化硅用量增大,硅橡膠的導熱系數增大;碳化硅用量相同時,小粒徑碳化硅補強硅橡膠的導熱系數大于大粒徑碳化硅補強硅橡膠;氧化鋁/碳化硅并用補強硅橡膠的導熱性能優于氧化鋁補強硅橡膠,當氧化鋁/碳化硅質量比為8/2且合計用量為600份時,硅橡膠的導熱性能最佳。

2. 氮化鋁ALN
      氮化鋁是原子晶體,屬金剛石氮化物類,可在 2200 ℃的高溫下穩定存在,其導熱性能好,熱膨脹系數小,是良好的耐熱沖擊材料。氮化鋁的導熱系數為320 W·(m·K)-1,接近氧化硼和碳化硅的導熱系數,比氧化鋁導熱系數大5倍以上。 青島科技大學研究人員研究了氮化鋁補強三元乙丙橡膠復合材料的導熱性能。結果表明:隨著氮化鋁用量增大,復合材料的導熱系數增大;未添加氮化鋁的復合材料導熱系數為0.26 W·(m·K)-1, 當氮化鋁用量增大至80份時,復合材料的導熱系數達到0.442 W·(m·K)-1,增幅為70%。

3. 納米氧化鋁AL2O3
      氧化鋁是一種多功能無機填料,具有較大的導熱系數、介電常數以及較好的耐磨性能,被廣泛應用于橡膠復合材料中。
      北京化工大學研究人員對納米氧化鋁/碳納米管/天然橡膠復合材料的導熱性能進行測試。 結果表明:納米氧化鋁與碳納米管并用對提高復合材料導熱性能具有協同作用;當碳納米管用量一定時,隨著納米氧化鋁用量增大,復合材料的導熱系數線性增大;當采用100份納米氧化鋁作導熱填料時,復合材料的導熱系數增大120%,當采用5份碳納米管作導熱填料時,復合材料的導熱系數增大23%,當采用100份氧化鋁與5份碳納米管并用作導熱填料時,復合材料的導熱系數增大155%。 試驗還得出以下兩個結論。一是碳納米管用量一定時,隨著納米氧化鋁用量增大,導電填料粒 子在橡膠中形成的填料-填料網絡結構逐漸增強, 復合材料的損耗因子逐漸增大,當100份納米氧化鋁與3份碳納米管并用后,復合材料的動態壓縮生熱僅為12 ℃,動態力學性能優異;二是碳納米管用 量一定時,隨著納米氧化鋁用量增大,復合材料的硬度、定伸應力和撕裂強度增大,拉伸強度和拉斷伸長率減小。

4. 碳納米管Carbon Nanotube

      碳納米管具有優異的物理性能、導熱性能和導電性能,是理想的補強填料,其補強橡膠復合 材料受到廣泛關注。碳納米管由石墨片層卷曲 而成,是一種圓柱形結構的新型石墨材料,其直徑為幾十個納米(10-30nm,30-60nm,60-100nm)。碳納米管導熱系數為3000 W·(m·K)-1,是銅導熱系數的5倍。碳納米管可以顯著提高橡膠的導熱性能、導電性能和物理性能,其補強和導熱效果優于炭黑、碳纖維和玻璃纖維等傳統填料。 青島科技大學研究人員對碳納米管/三元乙丙橡膠復合材料的導熱性能進行了研究。結果表明:碳納米管可提高復合材料的導熱性能和物理性能;隨著碳納米管用量增大,復合材料的導熱系數呈增大趨勢,拉伸強度和拉斷伸長率先增大后減小,定伸應力和撕裂強度增大;碳納米管用量較小時,大管徑碳納米管比小管徑碳納米管更容易形成導熱鏈,與橡膠基體結合更好。



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