Ces dernières années, la conductivité thermique des produits en caoutchouc a fait l'objet d'une attention particulière.Les produits en caoutchouc thermoconducteurs sont largement utilisés dans les domaines de l'aérospatiale, de l'aviation, de l'électronique et des appareils électriques pour jouer un rôle dans la conduction thermique, l'isolation et l'absorption des chocs.L'amélioration de la conductivité thermique est extrêmement importante pour les produits en caoutchouc thermoconducteurs.Le matériau composite en caoutchouc préparé par la charge thermoconductrice peut transférer efficacement la chaleur, ce qui est d'une grande importance pour la densification et la miniaturisation des produits électroniques, ainsi que pour l'amélioration de leur fiabilité et l'extension de leur durée de vie.
À l'heure actuelle, les matériaux en caoutchouc utilisés dans les pneus doivent avoir les caractéristiques d'une faible génération de chaleur et d'une conductivité thermique élevée.D'une part, dans le processus de vulcanisation des pneus, les performances de transfert de chaleur du caoutchouc sont améliorées, le taux de vulcanisation est augmenté et la consommation d'énergie est réduite ;La chaleur générée pendant la conduite réduit la température de la carcasse et réduit la dégradation des performances du pneu causée par une température excessive.La conductivité thermique du caoutchouc thermoconducteur est principalement déterminée par la matrice de caoutchouc et la charge thermoconductrice.La conductivité thermique des particules ou de la charge fibreuse thermoconductrice est bien meilleure que celle de la matrice de caoutchouc.
Les charges thermoconductrices les plus couramment utilisées sont les matériaux suivants :
1. Nano carbure de silicium (SiC) en phase bêta cubique
La poudre de carbure de silicium à l'échelle nanométrique forme des chaînes de conduction thermique de contact et est plus facile à ramifier avec des polymères, formant un squelette de conduction thermique de chaîne Si-O-Si comme principal chemin de conduction thermique, ce qui améliore considérablement la conductivité thermique du matériau composite sans réduire le matériau composite Les propriétés mécaniques.
La conductivité thermique du matériau composite époxy de carbure de silicium augmente avec l'augmentation de la quantité de carbure de silicium, et le nano-carbure de silicium peut conférer au matériau composite une bonne conductivité thermique lorsque la quantité est faible.La résistance à la flexion et la résistance aux chocs des matériaux composites époxy au carbure de silicium augmentent d'abord puis diminuent avec l'augmentation de la quantité de carbure de silicium.La modification de surface du carbure de silicium peut améliorer efficacement la conductivité thermique et les propriétés mécaniques du matériau composite.
Le carbure de silicium a des propriétés chimiques stables, sa conductivité thermique est meilleure que les autres charges semi-conductrices et sa conductivité thermique est encore supérieure à celle du métal à température ambiante.Des chercheurs de l'Université de technologie chimique de Pékin ont mené des recherches sur la conductivité thermique du caoutchouc de silicone renforcé d'alumine et de carbure de silicium.Les résultats montrent que la conductivité thermique du caoutchouc de silicone augmente à mesure que la quantité de carbure de silicium augmente ;lorsque la quantité de carbure de silicium est la même, la conductivité thermique du caoutchouc de silicone renforcé de carbure de silicium à petite granulométrie est supérieure à celle du caoutchouc de silicone renforcé de carbure de silicium à grande granulométrie;La conductivité thermique du caoutchouc de silicone renforcé de carbure de silicium est meilleure que celle du caoutchouc de silicone renforcé d'alumine.Lorsque le rapport massique alumine/carbure de silicium est de 8/2 et que la quantité totale est de 600 parties, la conductivité thermique du caoutchouc de silicium est la meilleure.
Le nitrure d'aluminium est un cristal atomique et appartient au nitrure de diamant.Il peut exister de manière stable à une température élevée de 2200 ℃.Il a une bonne conductivité thermique et un faible coefficient de dilatation thermique, ce qui en fait un bon matériau de choc thermique.La conductivité thermique du nitrure d'aluminium est de 320 W·(m·K)-1, ce qui est proche de la conductivité thermique de l'oxyde de bore et du carbure de silicium, et est plus de 5 fois supérieure à celle de l'alumine.Des chercheurs de l'Université des sciences et technologies de Qingdao ont étudié la conductivité thermique de composites de caoutchouc EPDM renforcés de nitrure d'aluminium.Les résultats montrent que : lorsque la quantité de nitrure d'aluminium augmente, la conductivité thermique du matériau composite augmente ;la conductivité thermique du matériau composite sans nitrure d'aluminium est de 0,26 W·(m·K)-1, lorsque la quantité de nitrure d'aluminium augmente à 80 parties, la conductivité thermique du matériau composite atteint 0,442 W·(m·K) -1, soit une augmentation de 70 %.
L'alumine est une sorte de charge inorganique multifonctionnelle, qui a une grande conductivité thermique, une constante diélectrique et une bonne résistance à l'usure.Il est largement utilisé dans les matériaux composites en caoutchouc.
Des chercheurs de l'Université de technologie chimique de Pékin ont testé la conductivité thermique de composites nano-alumine/nanotubes de carbone/caoutchouc naturel.Les résultats montrent que l'utilisation combinée de nano-alumine et de nanotubes de carbone a un effet synergique sur l'amélioration de la conductivité thermique du matériau composite ;lorsque la quantité de nanotubes de carbone est constante, la conductivité thermique du matériau composite augmente linéairement avec l'augmentation de la quantité de nano-alumine ;quand 100 Lors de l'utilisation de nano-alumine comme charge thermoconductrice, la conductivité thermique du matériau composite augmente de 120 %.Lorsque 5 parties de nanotubes de carbone sont utilisées comme charge thermoconductrice, la conductivité thermique du matériau composite augmente de 23 %.Lorsque 100 parties d'alumine et 5 parties sont utilisées Lorsque des nanotubes de carbone sont utilisés comme charge thermoconductrice, la conductivité thermique du matériau composite augmente de 155 %.L'expérience tire également les deux conclusions suivantes : Premièrement, lorsque la quantité de nanotubes de carbone est constante, à mesure que la quantité de nano-alumine augmente, la structure du réseau de charge formé par les particules de charge conductrices dans le caoutchouc augmente progressivement, et le facteur de perte de la matériau composite augmente progressivement.Lorsque 100 parties de nano-alumine et 3 parties de nanotubes de carbone sont utilisées ensemble, la génération de chaleur par compression dynamique du matériau composite n'est que de 12 ℃ et les propriétés mécaniques dynamiques sont excellentes.deuxièmement, lorsque la quantité de nanotubes de carbone est fixe, à mesure que la quantité de nano-alumine augmente, la dureté et la résistance à la déchirure des matériaux composites augmentent, tandis que la résistance à la traction et l'allongement à la rupture diminuent.
Les nanotubes de carbone ont d'excellentes propriétés physiques, conductivité thermique et conductivité électrique, et sont des charges de renforcement idéales.Leurs matériaux composites de renforcement en caoutchouc ont reçu une large attention.Les nanotubes de carbone sont formés en enroulant des couches de feuilles de graphite.Il s'agit d'un nouveau type de matériau en graphite à structure cylindrique d'un diamètre de plusieurs dizaines de nanomètres (10-30 nm, 30-60 nm, 60-100 nm).La conductivité thermique des nanotubes de carbone est de 3000 W·(m·K)-1, soit 5 fois la conductivité thermique du cuivre.Les nanotubes de carbone peuvent améliorer considérablement la conductivité thermique, la conductivité électrique et les propriétés physiques du caoutchouc, et leur renforcement et leur conductivité thermique sont meilleurs que les charges traditionnelles telles que le noir de carbone, la fibre de carbone et la fibre de verre.Des chercheurs de l'Université des sciences et technologies de Qingdao ont mené des recherches sur la conductivité thermique des matériaux composites nanotubes de carbone/EPDM.Les résultats montrent que : les nanotubes de carbone peuvent améliorer la conductivité thermique et les propriétés physiques des matériaux composites ;à mesure que la quantité de nanotubes de carbone augmente, la conductivité thermique des matériaux composites augmente, et la résistance à la traction et l'allongement à la rupture augmentent d'abord puis diminuent, la contrainte de traction et la résistance à la déchirure sont augmentées ;lorsque la quantité de nanotubes de carbone est faible, les nanotubes de carbone de grand diamètre sont plus faciles à former des chaînes conductrices de chaleur que les nanotubes de carbone de petit diamètre, et ils sont mieux combinés avec la matrice de caoutchouc.
Heure de publication : 30 août 2021