Plastika visoke toplotne provodljivosti pokazuje izuzetne talente u induktorima transformatora, odvajanju toplote elektronskih komponenti, specijalnim kablovima, elektronskom pakovanju, termičkom zalivanju i drugim poljima zbog svojih dobrih performansi obrade, niske cene i odlične toplotne provodljivosti.Plastika visoke toplotne provodljivosti s grafenom kao punilom može ispuniti zahtjeve razvoja sklopova visoke gustine i visoke integracije u upravljanju toplinom i elektronskoj industriji.

Konvencionalna toplotno provodljiva plastika je uglavnom punjena metalnim ili anorganskim česticama punila visoke toplinske provodljivosti kako bi se ujednačeno ispunili materijali polimerne matrice.Kada količina punila dostigne određeni nivo, punilo formira lančanu i mrežastu morfologiju u sistemu, odnosno toplotno provodljiv mrežni lanac.Kada je pravac orijentacije ovih toplovodnih mrežastih lanaca paralelan sa smerom toplotnog toka, toplotna provodljivost sistema je znatno poboljšana.

Visoko toplotno provodljive plastike saugljenični nanomaterijal grafenkao punilo može zadovoljiti zahtjeve razvoja sklopova visoke gustine i visoke integracije u upravljanju toplinom i elektronskoj industriji.Na primjer, toplotna provodljivost čistog poliamida 6 (PA6) je 0,338 W / (m · K), kada je napunjen sa 50% glinice, toplotna provodljivost kompozita je 1,57 puta veća od čistog PA6;kada se doda 25% modifikovanog cink oksida, toplotna provodljivost kompozita je tri puta veća od one čistog PA6.Kada se doda 20% nanoplasta grafena, toplotna provodljivost kompozita dostiže 4,11 W/(m•K), što je više od 15 puta veće od čistog PA6, što pokazuje ogroman potencijal grafena u oblasti upravljanja toplotom.

1. Priprema i toplinska provodljivost grafen/polimer kompozita

Toplotna provodljivost grafen/polimer kompozita je neodvojiva od uslova obrade u procesu pripreme.Različite metode pripreme čine razliku u disperziji, međufaznom djelovanju i prostornoj strukturi punila u matrici, a ti faktori određuju krutost, čvrstoću, žilavost i duktilnost kompozita.Što se trenutnog istraživanja tiče, za grafen/polimer kompozite, stepen disperzije grafena i stepen ljuštenja grafenskih listova može se kontrolisati kontrolom smicanja, temperature i polarnih rastvarača.

2. Faktori koji utiču na performanse plastike visoke toplotne provodljivosti punjene grafenom

2.1 Dodatna količina grafena

U plastici visoke toplotne provodljivosti punjenoj grafenom, kako se količina grafena povećava, u sistemu se postepeno formira toplotno provodljivi mrežni lanac, što značajno poboljšava toplotnu provodljivost kompozitnog materijala.

Proučavanjem toplinske provodljivosti grafenskih kompozita na bazi epoksidne smole (EP), otkriveno je da omjer punjenja grafena (oko 4 sloja) može povećati toplinsku provodljivost EP-a za oko 30 puta na 6,44.W/(m•K), dok je tradicionalnim termoprovodnim punilima potrebno 70% (volumenski udio) punila da bi se postigao ovaj efekat.

2.2 Broj slojeva grafena
Za višeslojni grafen, studija na 1-10 slojeva grafena otkrila je da kada je broj slojeva grafena povećan sa 2 na 4, toplotna provodljivost se smanjila sa 2 800 W/(m•K) na 1300 W/(m•K). ).Iz toga slijedi da toplinska provodljivost grafena ima tendenciju smanjenja s povećanjem broja slojeva.

To je zato što će se višeslojni grafen s vremenom aglomerirati, što će uzrokovati smanjenje toplinske provodljivosti.U isto vrijeme, defekti u grafenu i neuređenost ruba će smanjiti toplinsku provodljivost grafena.

2.3 Vrste podloge
Glavne komponente plastike visoke toplotne provodljivosti uključuju matrične materijale i punila.Grafen je najbolji izbor za punila zbog svoje odlične toplotne provodljivosti. Različiti sastavi matrice utiču na toplotnu provodljivost.Poliamid (PA) ima dobra mehanička svojstva, otpornost na toplinu, otpornost na habanje, nizak koeficijent trenja, određenu otpornost na plamen, laku obradu, pogodan za modifikaciju punjenja, za poboljšanje njegovih performansi i proširenje polja primjene.

Studija je otkrila da kada je zapreminski udio grafena 5%, toplinska provodljivost kompozita je 4 puta veća od one kod običnog polimera, a kada se volumenski udio grafena poveća na 40%, toplinska provodljivost kompozita povećava se za 20 puta..

2.4 Raspored i distribucija grafena u matrici
Utvrđeno je da usmjereno vertikalno slaganje grafena može poboljšati njegovu toplinsku provodljivost.
Osim toga, distribucija punila u matrici također utječe na toplinsku provodljivost kompozita.Kada je punilo ravnomjerno dispergirano u matrici i formira toplinski vodljivi mrežni lanac, toplinska provodljivost kompozita je značajno poboljšana.

2.5 Otpor interfejsa i snaga spajanja interfejsa
Općenito, međufazna kompatibilnost između čestica anorganskog punila i matrice organske smole je loša, a čestice punila se lako aglomeriraju u matrici, što otežava formiranje uniformne disperzije.Osim toga, razlika u površinskom naponu između neorganskih čestica punila i matrice otežava navlaživanje površine čestica punila matriksom smole, što rezultira prazninama na granici između njih, čime se povećava toplinski otpor međufaze. polimernog kompozita.

3. Zaključak
Plastika visoke toplotne provodljivosti punjena grafenom ima visoku toplotnu provodljivost i dobru termičku stabilnost, a perspektive njihovog razvoja su veoma široke.Osim toplinske provodljivosti, grafen ima i druga izvrsna svojstva, kao što su visoka čvrstoća, visoka električna i optička svojstva, te se široko koristi u mobilnim uređajima, svemirskim i novim energetskim baterijama.

Hongwu Nano istražuje i razvija nanomaterijale od 2002. godine, a na osnovu sazrelog iskustva i napredne tehnologije, tržišno orijentisane, Hongwu Nano pruža raznovrsne profesionalne prilagođene usluge kako bi korisnicima pružio različita profesionalna rešenja za efikasnije praktične primene.