En los últimos años, la conductividad térmica de los productos de caucho ha recibido una gran atención.Los productos de caucho termoconductor se utilizan ampliamente en los campos de la industria aeroespacial, la aviación, la electrónica y los aparatos eléctricos para desempeñar un papel en la conducción del calor, el aislamiento y la absorción de impactos.La mejora de la conductividad térmica es extremadamente importante para los productos de caucho termoconductores.El material compuesto de caucho preparado por el relleno termoconductor puede transferir calor de manera efectiva, lo cual es de gran importancia para la densificación y miniaturización de productos electrónicos, así como para mejorar su confiabilidad y prolongar su vida útil.
En la actualidad, los materiales de caucho utilizados en los neumáticos deben tener las características de baja generación de calor y alta conductividad térmica.Por un lado, en el proceso de vulcanización de neumáticos, se mejora el rendimiento de transferencia de calor del caucho, se aumenta la tasa de vulcanización y se reduce el consumo de energía;El calor generado durante la conducción reduce la temperatura de la carcasa y reduce la degradación del rendimiento del neumático causada por una temperatura excesiva.La conductividad térmica del caucho conductor térmico está determinada principalmente por la matriz de caucho y el relleno conductor térmico.La conductividad térmica de las partículas o del relleno conductor térmico fibroso es mucho mejor que la de la matriz de caucho.
Los materiales de relleno termoconductores más utilizados son los siguientes materiales:
1. Nano carburo de silicio (SiC) de fase beta cúbica
El polvo de carburo de silicio a escala nanométrica forma cadenas de conducción de calor por contacto y es más fácil de ramificar con polímeros, formando el esqueleto de conducción de calor de la cadena Si-O-Si como la ruta principal de conducción de calor, lo que mejora en gran medida la conductividad térmica del material compuesto sin reducir el material compuesto Las propiedades mecánicas.
La conductividad térmica del material compuesto de epoxi de carburo de silicio aumenta con el aumento de la cantidad de carburo de silicio, y el nanocarburo de silicio puede dar al material compuesto una buena conductividad térmica cuando la cantidad es baja.La resistencia a la flexión y la resistencia al impacto de los materiales compuestos de epoxi de carburo de silicio aumentan primero y luego disminuyen con el aumento de la cantidad de carburo de silicio.La modificación de la superficie del carburo de silicio puede mejorar efectivamente la conductividad térmica y las propiedades mecánicas del material compuesto.
El carburo de silicio tiene propiedades químicas estables, su conductividad térmica es mejor que la de otros rellenos semiconductores y su conductividad térmica es incluso mayor que la del metal a temperatura ambiente.Investigadores de la Universidad de Tecnología Química de Beijing realizaron una investigación sobre la conductividad térmica del caucho de silicona reforzado con alúmina y carburo de silicio.Los resultados muestran que la conductividad térmica del caucho de silicona aumenta a medida que aumenta la cantidad de carburo de silicio;cuando la cantidad de carburo de silicio es la misma, la conductividad térmica del caucho de silicona reforzado con carburo de silicio de tamaño de partícula pequeño es mayor que la del caucho de silicona reforzado con carburo de silicio de tamaño de partícula grande;La conductividad térmica del caucho de silicona reforzado con carburo de silicio es mejor que la del caucho de silicona reforzado con alúmina.Cuando la relación de masa de alúmina/carburo de silicio es 8/2 y la cantidad total es de 600 partes, la conductividad térmica del caucho de silicio es la mejor.
El nitruro de aluminio es un cristal atómico y pertenece al nitruro de diamante.Puede existir de manera estable a una temperatura alta de 2200 ℃.Tiene buena conductividad térmica y bajo coeficiente de expansión térmica, lo que lo convierte en un buen material de choque térmico.La conductividad térmica del nitruro de aluminio es de 320 W·(m·K)-1, que está cerca de la conductividad térmica del óxido de boro y el carburo de silicio, y es más de 5 veces mayor que la de la alúmina.Investigadores de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Qingdao han estudiado la conductividad térmica de compuestos de caucho EPDM reforzados con nitruro de aluminio.Los resultados muestran que: a medida que aumenta la cantidad de nitruro de aluminio, aumenta la conductividad térmica del material compuesto;la conductividad térmica del material compuesto sin nitruro de aluminio es de 0,26 W·(m·K)-1, cuando la cantidad de nitruro de aluminio aumenta a En 80 partes, la conductividad térmica del material compuesto alcanza los 0,442 W·(m·K) -1, un aumento del 70%.
La alúmina es un tipo de relleno inorgánico multifuncional, que tiene una gran conductividad térmica, constante dieléctrica y buena resistencia al desgaste.Es ampliamente utilizado en materiales compuestos de caucho.
Investigadores de la Universidad de Tecnología Química de Beijing probaron la conductividad térmica de compuestos de nanoalúmina, nanotubos de carbono y caucho natural.Los resultados muestran que el uso combinado de nano-alúmina y nanotubos de carbono tiene un efecto sinérgico en la mejora de la conductividad térmica del material compuesto;cuando la cantidad de nanotubos de carbono es constante, la conductividad térmica del material compuesto aumenta linealmente con el aumento de la cantidad de nanoalúmina;cuando 100 Cuando se usa nano-alúmina como relleno termoconductor, la conductividad térmica del material compuesto aumenta en un 120%.Cuando se utilizan 5 partes de nanotubos de carbono como relleno termoconductor, la conductividad térmica del material compuesto aumenta en un 23 %.Cuando se utilizan 100 partes de alúmina y 5 partes Cuando se utilizan nanotubos de carbono como relleno termoconductor, la conductividad térmica del material compuesto aumenta en un 155 %.El experimento también extrae las siguientes dos conclusiones: primero, cuando la cantidad de nanotubos de carbono es constante, a medida que aumenta la cantidad de nanoalúmina, la estructura de la red de relleno formada por partículas de relleno conductoras en el caucho aumenta gradualmente, y el factor de pérdida del el material compuesto aumenta gradualmente.Cuando se usan juntas 100 partes de nanoalúmina y 3 partes de nanotubos de carbono, la generación de calor de compresión dinámica del material compuesto es de solo 12 ℃, y las propiedades mecánicas dinámicas son excelentes;segundo, cuando la cantidad de nanotubos de carbono es fija, a medida que aumenta la cantidad de nanoalúmina, la dureza y la resistencia al desgarro de los materiales compuestos aumentan, mientras que la resistencia a la tracción y el alargamiento a la rotura disminuyen.
Los nanotubos de carbono tienen excelentes propiedades físicas, conductividad térmica y conductividad eléctrica, y son rellenos de refuerzo ideales.Sus materiales compuestos de caucho de refuerzo han recibido una amplia atención.Los nanotubos de carbono están formados por capas onduladas de láminas de grafito.Son un nuevo tipo de material de grafito con una estructura cilíndrica con un diámetro de decenas de nanómetros (10-30nm, 30-60nm, 60-100nm).La conductividad térmica de los nanotubos de carbono es de 3000 W·(m·K)-1, que es 5 veces la conductividad térmica del cobre.Los nanotubos de carbono pueden mejorar significativamente la conductividad térmica, la conductividad eléctrica y las propiedades físicas del caucho, y su refuerzo y conductividad térmica son mejores que los rellenos tradicionales como el negro de humo, la fibra de carbono y la fibra de vidrio.Investigadores de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Qingdao realizaron una investigación sobre la conductividad térmica de los materiales compuestos de nanotubos de carbono/EPDM.Los resultados muestran que: los nanotubos de carbono pueden mejorar la conductividad térmica y las propiedades físicas de los materiales compuestos;a medida que aumenta la cantidad de nanotubos de carbono, aumenta la conductividad térmica de los materiales compuestos, y la resistencia a la tracción y el alargamiento a la rotura primero aumentan y luego disminuyen, la tensión de tracción y la resistencia al desgarro aumentan;cuando la cantidad de nanotubos de carbono es pequeña, los nanotubos de carbono de gran diámetro son más fáciles de formar cadenas conductoras de calor que los nanotubos de carbono de pequeño diámetro, y se combinan mejor con la matriz de caucho.
Hora de publicación: 30-ago-2021