Пластмасите с висока топлопроводимост показват изключителни таланти в индукторите на трансформатори, разсейването на топлината на електронните компоненти, специалните кабели, електронните опаковки, термичното пълнене и други области заради добрата им производителност на обработка, ниска цена и отлична топлопроводимост.Пластмасите с висока топлопроводимост с графен като пълнител могат да отговорят на изискванията за висока плътност и високо интегрирано развитие на монтажа в термичното управление и електронната индустрия.

Конвенционалните топлопроводими пластмаси се пълнят главно с високо топлопроводими метални или неорганични пълнителни частици за равномерно запълване на полимерните матрични материали.Когато количеството пълнител достигне определено ниво, пълнителят образува подобна на верига и мрежеста морфология в системата, тоест топлопроводима мрежова верига.Когато посоката на ориентация на тези топлопроводими мрежести вериги е успоредна на посоката на топлинния поток, топлопроводимостта на системата се подобрява значително.

Високо топлопроводими пластмаси свъглероден наноматериал графенкато пълнител може да отговори на изискванията за висока плътност и високо интегрирано развитие на монтажа в термичното управление и електронната индустрия.Например, топлопроводимостта на чист полиамид 6 (PA6) е 0,338 W / (m · K), когато е напълнена с 50% алуминиев оксид, топлопроводимостта на композита е 1,57 пъти по-голяма от тази на чистия PA6;при добавяне на 25% модифициран цинков оксид топлопроводимостта на композита е три пъти по-висока от тази на чист PA6.Когато се добави 20% графенов нанолист, топлопроводимостта на композита достига 4,11 W/(m•K), което се увеличава с над 15 пъти в сравнение с чистия PA6, което демонстрира огромния потенциал на графена в областта на управлението на топлината.

1. Получаване и топлопроводимост на графен/полимерни композити

Топлинната проводимост на композитите графен/полимер е неделима от условията на обработка в процеса на приготвяне.Различните методи на подготовка правят разлика в дисперсията, междинното действие и пространствената структура на пълнителя в матрицата и тези фактори определят твърдостта, якостта, жилавостта и пластичността на композита.Що се отнася до настоящите изследвания, за графен/полимерни композити, степента на дисперсия на графен и степента на обелване на графеновите листове могат да бъдат контролирани чрез контролиране на срязване, температура и полярни разтворители.

2. Факторите, влияещи върху производителността на напълнени с графен пластмаси с висока топлопроводимост

2.1 Добавено количество графен

В пластмасата с висока топлопроводимост, пълна с графен, с увеличаването на количеството графен в системата постепенно се образува топлопроводима мрежова верига, което значително подобрява топлопроводимостта на композитния материал.

Чрез изследване на топлопроводимостта на графенови композити на базата на епоксидна смола (EP) се установява, че коефициентът на запълване на графен (около 4 слоя) може да увеличи топлопроводимостта на EP с около 30 пъти до 6,44.W/(m•K), докато традиционните топлопроводими пълнители изискват 70% (обемна част) от пълнителя, за да постигнат този ефект.

2.2 Брой слоеве от графен
За многослойния графен, изследването на 1-10 слоя графен установи, че когато броят на графеновите слоеве се увеличи от 2 на 4, топлопроводимостта намалява от 2 800 W/(m•K) до 1300 W/(m•K). ).От това следва, че топлопроводимостта на графена има тенденция да намалява с увеличаването на броя на слоевете.

Това е така, защото многослойният графен ще се агломерира с времето, което ще доведе до намаляване на топлопроводимостта.В същото време дефектите в графена и разстройството на ръба ще намалят топлопроводимостта на графена.

2.3 Видове субстрат
Основните компоненти на пластмасите с висока топлопроводимост включват матрични материали и пълнители.Графенът е най-добрият избор за пълнители поради отличната си топлопроводимост. Различните състави на матрицата влияят на топлопроводимостта.Полиамидът (PA) има добри механични свойства, устойчивост на топлина, устойчивост на износване, нисък коефициент на триене, известно забавяне на горенето, лесна обработка, подходящ за модификация на пълнене, за подобряване на неговата производителност и разширяване на полето на приложение.

Проучването установи, че когато обемната част на графена е 5%, топлопроводимостта на композита е 4 пъти по-висока от тази на обикновения полимер, а когато обемната част на графена се увеличи до 40%, топлопроводимостта на композита се увеличава 20 пъти..

2.4 Подреждане и разпределение на графена в матрицата
Установено е, че насоченото вертикално подреждане на графен може да подобри неговата топлопроводимост.
В допълнение, разпределението на пълнителя в матрицата също влияе върху топлопроводимостта на композита.Когато пълнителят е равномерно диспергиран в матрицата и образува топлопроводима мрежа, топлопроводимостта на композита е значително подобрена.

2.5 Съпротивление на интерфейса и якост на свързване на интерфейса
Като цяло, междинната съвместимост между частиците на неорганичния пълнител и матрицата от органична смола е лоша и частиците на пълнителя лесно се агломерират в матрицата, което затруднява образуването на равномерна дисперсия.В допълнение, разликата в повърхностното напрежение между частиците на неорганичния пълнеж и матрицата затруднява намокрянето на повърхността на частиците на пълнежа от смолистата матрица, което води до кухини на границата между двете, като по този начин увеличава междуфазовото термично съпротивление на полимерния композит.

3. Заключение
Пластмасите с висока топлопроводимост, пълни с графен, имат висока топлопроводимост и добра термична стабилност и техните перспективи за развитие са много широки.Освен топлопроводимостта, графенът има и други отлични свойства, като висока якост, високи електрически и оптични свойства и се използва широко в мобилни устройства, космическо пространство и батерии с нова енергия.

Hongwu Nano проучва и разработва наноматериали от 2002 г. и въз основа на натрупан опит и усъвършенствана технология, ориентирана към пазара, Hongwu Nano предоставя разнообразни професионални персонализирани услуги, за да предостави на потребителите различни професионални решения за по-ефективни практически приложения.