Posljednjih godina toplinska vodljivost gumenih proizvoda dobila je veliku pozornost.Toplinski vodljivi gumeni proizvodi naširoko se koriste u području zrakoplovstva, zrakoplovstva, elektronike i električnih uređaja kako bi igrali ulogu u provođenju topline, izolaciji i apsorpciji udara.Poboljšanje toplinske vodljivosti iznimno je važno za toplinski vodljive gumene proizvode.Gumeni kompozitni materijal pripremljen od toplinski vodljivog punila može učinkovito prenositi toplinu, što je od velike važnosti za zgušnjavanje i minijaturizaciju elektroničkih proizvoda, kao i za poboljšanje njihove pouzdanosti i produljenje vijeka trajanja.

Trenutačno, gumeni materijali koji se koriste u gumama moraju imati karakteristike niskog stvaranja topline i visoke toplinske vodljivosti.S jedne strane, u procesu vulkanizacije gume, učinak prijenosa topline gume je poboljšan, brzina vulkanizacije je povećana, a potrošnja energije smanjena;Toplina koja se stvara tijekom vožnje smanjuje temperaturu karkase i smanjuje degradaciju performansi gume uzrokovanu prekomjernom temperaturom.Toplinska vodljivost toplinski vodljive gume uglavnom je određena gumenom matricom i toplinski vodljivim punilom.Toplinska vodljivost čestica ili vlaknastog toplinski vodljivog punila mnogo je bolja od one gumene matrice.

Najčešće korištena toplinski vodljiva punila su sljedeći materijali:

1. Kubični beta faza nano silicijev karbid (SiC)

Prah silicijevog karbida u nanorazmjerima tvori kontaktne lance za provođenje topline i lakše se grana s polimerima, tvoreći kostur za provođenje topline Si-O-Si lanca kao glavni put provođenja topline, što uvelike poboljšava toplinsku vodljivost kompozitnog materijala bez smanjenja kompozitni materijal Mehanička svojstva.

Toplinska vodljivost epoksidnog kompozitnog materijala od silicij-karbida povećava se s povećanjem količine silicij-karbida, a nano-silicij-karbid može dati kompozitnom materijalu dobru toplinsku vodljivost kada je količina niska.Čvrstoća na savijanje i čvrstoća na udar silicij-karbid epoksidnih kompozitnih materijala prvo se povećavaju, a zatim smanjuju s povećanjem količine silicij-karbida.Modifikacija površine silicijevog karbida može učinkovito poboljšati toplinsku vodljivost i mehanička svojstva kompozitnog materijala.

Silicijev karbid ima stabilna kemijska svojstva, toplinska vodljivost mu je bolja od ostalih poluvodičkih punila, a toplinska vodljivost mu je čak veća od toplinske vodljivosti metala na sobnoj temperaturi.Istraživači s Pekinškog sveučilišta za kemijsku tehnologiju proveli su istraživanje toplinske vodljivosti silikonske gume ojačane glinicom i silicijevim karbidom.Rezultati pokazuju da se toplinska vodljivost silikonske gume povećava kako se povećava količina silicijeva karbida;kada je količina silicij karbida ista, toplinska vodljivost male veličine čestica silikonske gume ojačane silicijevim karbidom je veća od one velike veličine čestica silikonske gume ojačane silicijevim karbidom;Toplinska vodljivost silicijske gume ojačane silicijevim karbidom bolja je od one silikonske gume ojačane aluminijevim oksidom.Kada je omjer mase aluminijevog oksida/silicijevog karbida 8/2, a ukupna količina 600 dijelova, toplinska vodljivost silicijske gume je najbolja.

2. Aluminijev nitrid (ALN)

Aluminijev nitrid je atomski kristal i pripada dijamantnom nitridu.Može postojati stabilno na visokoj temperaturi od 2200 ℃.Ima dobru toplinsku vodljivost i nizak koeficijent toplinske ekspanzije, što ga čini dobrim materijalom za toplinski udar.Toplinska vodljivost aluminijevog nitrida je 320 W·(m·K)-1, što je blizu toplinske vodljivosti borovog oksida i silicijevog karbida, a više od 5 puta je veće od aluminijevog oksida.Istraživači sa Sveučilišta za znanost i tehnologiju Qingdao proučavali su toplinsku vodljivost EPDM gumenih kompozita ojačanih aluminijevim nitridom.Rezultati pokazuju da: s povećanjem količine aluminijevog nitrida raste toplinska vodljivost kompozitnog materijala;toplinska vodljivost kompozitnog materijala bez aluminijevog nitrida je 0,26 W·(m·K)-1, kada se količina aluminijevog nitrida poveća na At 80 dijelova, toplinska vodljivost kompozitnog materijala doseže 0,442 W·(m·K) -1, povećanje od 70%.

3. Nano aluminij (Al2O3)

Glinica je vrsta multifunkcionalnog anorganskog punila, koje ima veliku toplinsku vodljivost, dielektričnu konstantu i dobru otpornost na trošenje.Široko se koristi u gumenim kompozitnim materijalima.

Istraživači s Pekinškog sveučilišta za kemijsku tehnologiju testirali su toplinsku vodljivost kompozita nano-aluminij/ugljične nanocijevi/prirodne gume.Rezultati pokazuju da kombinirana uporaba nano-aluminijevog oksida i ugljikovih nanocijevi ima sinergistički učinak na poboljšanje toplinske vodljivosti kompozitnog materijala;kada je količina ugljikovih nanocijevi konstantna, toplinska vodljivost kompozitnog materijala raste linearno s povećanjem količine nano-aluminijevog oksida;kada je 100. Kada se koristi nano-aluminijev oksid kao toplinski vodljivo punilo, toplinska vodljivost kompozitnog materijala povećava se za 120%.Kada se 5 dijelova ugljikovih nanocijevi koristi kao toplinski vodljivo punilo, toplinska vodljivost kompozitnog materijala povećava se za 23%.Kada se koristi 100 dijelova glinice i 5 dijelova. Kada se ugljikove nanocijevi koriste kao toplinski vodljivo punilo, toplinska vodljivost kompozitnog materijala povećava se za 155%.Eksperiment također donosi sljedeća dva zaključka: Prvo, kada je količina ugljikovih nanocijevi konstantna, kako se povećava količina nano-aluminijevog oksida, struktura mreže punila koju čine vodljive čestice punila u gumi postupno raste, a faktor gubitka kompozitnog materijala postupno raste.Kada se 100 dijelova nano-aluminijevog oksida i 3 dijela ugljikovih nanocijevi koriste zajedno, dinamičko kompresijsko stvaranje topline kompozitnog materijala je samo 12 ℃, a dinamička mehanička svojstva su izvrsna;drugo, kada je količina ugljikovih nanocijevi fiksna, kako se povećava količina nano-aluminijevog oksida, tvrdoća i otpornost na trganje kompozitnih materijala se povećavaju, dok se vlačna čvrstoća i istezanje pri prekidu smanjuju.

4. Ugljične nanocijevi

Ugljikove nanocijevi imaju izvrsna fizikalna svojstva, toplinsku i električnu vodljivost te su idealna punila za ojačanje.Njihovi armaturni gumeni kompozitni materijali dobili su široku pozornost.Ugljikove nanocijevi nastaju uvijanjem slojeva grafitnih ploča.Oni su nova vrsta grafitnog materijala cilindrične strukture promjera nekoliko desetaka nanometara (10-30nm, 30-60nm, 60-100nm).Toplinska vodljivost ugljikovih nanocijevi je 3000 W·(m·K)-1, što je 5 puta više od toplinske vodljivosti bakra.Ugljikove nanocijevi mogu značajno poboljšati toplinsku vodljivost, električnu vodljivost i fizikalna svojstva gume, a njihovo ojačanje i toplinska vodljivost bolji su od tradicionalnih punila kao što su čađa, karbonska vlakna i staklena vlakna.Istraživači sa Sveučilišta za znanost i tehnologiju Qingdao proveli su istraživanje toplinske vodljivosti ugljikovih nanocijevi/EPDM kompozitnih materijala.Rezultati pokazuju da: ugljikove nanocijevi mogu poboljšati toplinsku vodljivost i fizikalna svojstva kompozitnih materijala;kako se količina ugljikovih nanocijevi povećava, toplinska vodljivost kompozitnih materijala se povećava, a vlačna čvrstoća i istezanje pri prekidu prvo se povećavaju, a zatim smanjuju. Vlačno naprezanje i čvrstoća na kidanje se povećavaju;kada je količina ugljikovih nanocijevi mala, ugljikove nanocijevi velikog promjera lakše tvore toplinski provodljive lance nego ugljikove nanocijevi malog promjera i bolje se kombiniraju s gumenom matricom.