In den letzten Jahren hat die Wärmeleitfähigkeit von Gummiprodukten große Aufmerksamkeit erfahren.Wärmeleitende Gummiprodukte werden häufig in den Bereichen Luft- und Raumfahrt, Luftfahrt, Elektronik und Elektrogeräte eingesetzt, um eine Rolle bei der Wärmeleitung, Isolierung und Stoßdämpfung zu spielen.Die Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit ist für wärmeleitende Gummiprodukte äußerst wichtig.Das durch den wärmeleitenden Füllstoff hergestellte Gummiverbundmaterial kann Wärme effektiv übertragen, was für die Verdichtung und Miniaturisierung elektronischer Produkte sowie für die Verbesserung ihrer Zuverlässigkeit und die Verlängerung ihrer Lebensdauer von großer Bedeutung ist.
Derzeit müssen die in Reifen verwendeten Gummimaterialien die Eigenschaften einer geringen Wärmeentwicklung und einer hohen Wärmeleitfähigkeit aufweisen.Einerseits wird beim Reifenvulkanisationsprozess die Wärmeübertragungsleistung des Gummis verbessert, die Vulkanisationsrate erhöht und der Energieverbrauch gesenkt;Die während der Fahrt erzeugte Wärme senkt die Temperatur der Karkasse und verringert die Leistungsminderung des Reifens, die durch zu hohe Temperaturen verursacht wird.Die Wärmeleitfähigkeit von wärmeleitendem Gummi wird hauptsächlich durch die Gummimatrix und den wärmeleitenden Füllstoff bestimmt.Die Wärmeleitfähigkeit entweder der Partikel oder des faserigen wärmeleitenden Füllstoffs ist viel besser als die der Gummimatrix.
Die am häufigsten verwendeten wärmeleitenden Füllstoffe sind folgende Materialien:
1. Kubisches Beta-Phasen-Nano-Siliziumkarbid (SiC)
Siliziumkarbidpulver im Nanomaßstab bildet Kontakt-Wärmeleitungsketten und lässt sich leichter mit Polymeren verzweigen, wodurch ein Si-O-Si-Ketten-Wärmeleitungsgerüst als Hauptwärmeleitungspfad gebildet wird, was die Wärmeleitfähigkeit des Verbundmaterials erheblich verbessert, ohne die zu verringern Verbundwerkstoff Die mechanischen Eigenschaften.
Die Wärmeleitfähigkeit des Siliziumkarbid-Epoxid-Verbundmaterials steigt mit zunehmender Menge an Siliziumkarbid, und Nano-Siliziumkarbid kann dem Verbundmaterial eine gute Wärmeleitfähigkeit verleihen, wenn die Menge gering ist.Die Biegefestigkeit und Schlagzähigkeit von Siliziumkarbid-Epoxid-Verbundwerkstoffen nimmt mit zunehmender Siliziumkarbidmenge zunächst zu und dann ab.Durch die Oberflächenmodifikation von Siliziumkarbid können die Wärmeleitfähigkeit und die mechanischen Eigenschaften des Verbundwerkstoffs wirksam verbessert werden.
Siliziumkarbid hat stabile chemische Eigenschaften, seine Wärmeleitfähigkeit ist besser als bei anderen Halbleiterfüllstoffen und seine Wärmeleitfähigkeit ist bei Raumtemperatur sogar höher als die von Metall.Forscher der Beijing University of Chemical Technology führten Untersuchungen zur Wärmeleitfähigkeit von mit Aluminiumoxid und Siliziumkarbid verstärktem Silikonkautschuk durch.Die Ergebnisse zeigen, dass die Wärmeleitfähigkeit von Silikonkautschuk mit zunehmender Menge an Siliziumkarbid zunimmt;Wenn die Menge an Siliziumkarbid gleich ist, ist die Wärmeleitfähigkeit des mit Siliziumkarbid verstärkten Silikonkautschuks mit kleiner Partikelgröße größer als die des mit Siliziumkarbid verstärkten Silikonkautschuks mit großer Partikelgröße.Die Wärmeleitfähigkeit von mit Siliziumkarbid verstärktem Silikonkautschuk ist besser als die von mit Aluminiumoxid verstärktem Silikonkautschuk.Wenn das Massenverhältnis von Aluminiumoxid/Siliziumkarbid 8/2 beträgt und die Gesamtmenge 600 Teile beträgt, ist die Wärmeleitfähigkeit von Silikonkautschuk am besten.
Aluminiumnitrid ist ein Atomkristall und gehört zu den Diamantnitriden.Es kann bei einer hohen Temperatur von 2200 °C stabil existieren.Es verfügt über eine gute Wärmeleitfähigkeit und einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten, was es zu einem guten Thermoschockmaterial macht.Die Wärmeleitfähigkeit von Aluminiumnitrid beträgt 320 W·(m·K)-1, was nahe an der Wärmeleitfähigkeit von Boroxid und Siliziumkarbid liegt und mehr als fünfmal höher ist als die von Aluminiumoxid.Forscher der Qingdao University of Science and Technology haben die Wärmeleitfähigkeit von mit Aluminiumnitrid verstärkten EPDM-Gummiverbundwerkstoffen untersucht.Die Ergebnisse zeigen Folgendes: Mit zunehmender Menge an Aluminiumnitrid steigt die Wärmeleitfähigkeit des Verbundmaterials;Die Wärmeleitfähigkeit des Verbundmaterials ohne Aluminiumnitrid beträgt 0,26 W·(m·K)-1, wenn die Menge an Aluminiumnitrid auf 80 Teile erhöht wird, erreicht die Wärmeleitfähigkeit des Verbundmaterials 0,442 W·(m·K)-1. -1, eine Steigerung von 70 %.
Aluminiumoxid ist eine Art multifunktionaler anorganischer Füllstoff mit hoher Wärmeleitfähigkeit, Dielektrizitätskonstante und guter Verschleißfestigkeit.Es wird häufig in Gummiverbundwerkstoffen verwendet.
Forscher der Beijing University of Chemical Technology testeten die Wärmeleitfähigkeit von Nano-Aluminiumoxid/Kohlenstoff-Nanoröhrchen/Naturkautschuk-Verbundwerkstoffen.Die Ergebnisse zeigen, dass der kombinierte Einsatz von Nano-Aluminiumoxid und Kohlenstoff-Nanoröhrchen einen synergistischen Effekt auf die Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit des Verbundmaterials hat;Wenn die Menge an Kohlenstoffnanoröhren konstant ist, steigt die Wärmeleitfähigkeit des Verbundmaterials linear mit der Zunahme der Menge an Nano-Aluminiumoxid;bei 100 Bei Verwendung von Nano-Aluminiumoxid als wärmeleitendem Füllstoff erhöht sich die Wärmeleitfähigkeit des Verbundwerkstoffs um 120 %.Wenn 5 Teile Kohlenstoffnanoröhren als wärmeleitender Füllstoff verwendet werden, erhöht sich die Wärmeleitfähigkeit des Verbundmaterials um 23 %.Wenn 100 Teile Aluminiumoxid und 5 Teile Kohlenstoffnanoröhren als wärmeleitender Füllstoff verwendet werden, erhöht sich die Wärmeleitfähigkeit des Verbundmaterials um 155 %.Das Experiment zieht auch die folgenden zwei Schlussfolgerungen: Erstens nimmt bei konstanter Menge an Kohlenstoffnanoröhren mit zunehmender Menge an Nano-Aluminiumoxid die durch leitfähige Füllstoffpartikel im Gummi gebildete Füllstoffnetzwerkstruktur allmählich zu und der Verlustfaktor der Verbundmaterial nimmt allmählich zu.Wenn 100 Teile Nano-Aluminiumoxid und 3 Teile Kohlenstoff-Nanoröhrchen zusammen verwendet werden, beträgt die dynamische Kompressionswärmeerzeugung des Verbundmaterials nur 12 ℃ und die dynamisch-mechanischen Eigenschaften sind ausgezeichnet;Zweitens, wenn die Menge an Kohlenstoffnanoröhren festgelegt wird, nehmen mit zunehmender Menge an Nano-Aluminiumoxid die Härte und Reißfestigkeit von Verbundmaterialien zu, während die Zugfestigkeit und die Bruchdehnung abnehmen.
Kohlenstoffnanoröhren haben hervorragende physikalische Eigenschaften, Wärmeleitfähigkeit und elektrische Leitfähigkeit und sind ideale verstärkende Füllstoffe.Ihre verstärkenden Gummiverbundwerkstoffe haben große Beachtung gefunden.Kohlenstoffnanoröhren entstehen durch das Aufrollen von Graphitschichten.Es handelt sich um eine neue Art von Graphitmaterial mit einer zylindrischen Struktur und einem Durchmesser von mehreren zehn Nanometern (10–30 nm, 30–60 nm, 60–100 nm).Die Wärmeleitfähigkeit von Kohlenstoffnanoröhren beträgt 3000 W·(m·K)-1, was dem Fünffachen der Wärmeleitfähigkeit von Kupfer entspricht.Kohlenstoffnanoröhren können die Wärmeleitfähigkeit, die elektrische Leitfähigkeit und die physikalischen Eigenschaften von Gummi erheblich verbessern, und ihre Verstärkung und Wärmeleitfähigkeit sind besser als bei herkömmlichen Füllstoffen wie Ruß, Kohlefasern und Glasfasern.Forscher der Qingdao University of Science and Technology führten Untersuchungen zur Wärmeleitfähigkeit von Kohlenstoff-Nanoröhrchen/EPDM-Verbundmaterialien durch.Die Ergebnisse zeigen, dass: Kohlenstoffnanoröhren die Wärmeleitfähigkeit und die physikalischen Eigenschaften von Verbundwerkstoffen verbessern können;Mit zunehmender Menge an Kohlenstoffnanoröhren nimmt die Wärmeleitfähigkeit von Verbundwerkstoffen zu und die Zugfestigkeit und Bruchdehnung nehmen zunächst zu und dann ab. Die Zugspannung und die Reißfestigkeit nehmen zu.Wenn die Menge an Kohlenstoffnanoröhren gering ist, bilden Kohlenstoffnanoröhren mit großem Durchmesser leichter wärmeleitende Ketten als Kohlenstoffnanoröhren mit kleinem Durchmesser und verbinden sich besser mit der Gummimatrix.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 30. August 2021