בשנים האחרונות, המוליכות התרמית של מוצרי גומי זוכה לתשומת לב רבה.מוצרי גומי מוליכים תרמית נמצאים בשימוש נרחב בתחומי תעופה וחלל, תעופה, אלקטרוניקה ומכשירי חשמל כדי למלא תפקיד בהולכת חום, בידוד ובלימת זעזועים.שיפור המוליכות התרמית חשוב ביותר עבור מוצרי גומי מוליכים תרמית.החומר המרוכב הגומי שהוכן על ידי חומר המילוי המוליך תרמית יכול להעביר חום ביעילות, שיש לו משמעות רבה לצפיפות ולמזעור של מוצרים אלקטרוניים, כמו גם לשיפור האמינות שלהם ולהארכת חיי השירות שלהם.
כיום, חומרי הגומי המשמשים בצמיגים צריכים להיות בעלי מאפיינים של ייצור חום נמוך ומוליכות תרמית גבוהה.מצד אחד, בתהליך גיפור הצמיגים, ביצועי העברת החום של הגומי משתפרים, קצב הגיפור מוגבר וצריכת האנרגיה מופחתת;החום הנוצר במהלך הנהיגה מפחית את טמפרטורת הפגר ומפחית ירידה בביצועי הצמיגים הנגרמת כתוצאה מטמפרטורה מופרזת.המוליכות התרמית של גומי מוליך תרמית נקבעת בעיקר על ידי מטריצת הגומי וחומר המילוי המוליך תרמית.המוליכות התרמית של החלקיקים או של חומר המילוי המוליך תרמי סיבי טובה בהרבה מזו של מטריצת הגומי.
חומרי המילוי המוליכים תרמית הנפוצים ביותר הם החומרים הבאים:
1. שלב בטא מעוקב ננו סיליקון קרביד (SiC)
אבקת סיליקון קרביד בקנה מידה ננו יוצרת שרשראות הולכת חום מגע, וקל יותר להסתעף עם פולימרים, ויוצרת שלד הולכת חום של שרשרת Si-O-Si כנתיב הולכת החום העיקרי, מה שמשפר מאוד את המוליכות התרמית של החומר המרוכב מבלי להפחית את חומר מרוכב התכונות המכניות.
המוליכות התרמית של חומר מרוכב אפוקסי סיליקון קרביד עולה עם העלייה בכמות הסיליקון קרביד, וננו-סיליקון קרביד יכול להעניק לחומר המרוכב מוליכות תרמית טובה כאשר הכמות נמוכה.חוזק הכיפוף וחוזק ההשפעה של חומרים מרוכבים אפוקסי סיליקון קרביד גדלים תחילה ולאחר מכן יורדים עם הגידול בכמות הסיליקון קרביד.שינוי פני השטח של סיליקון קרביד יכול לשפר ביעילות את המוליכות התרמית ואת התכונות המכניות של החומר המרוכב.
לסיליקון קרביד תכונות כימיות יציבות, המוליכות התרמית שלו טובה יותר מחומרי מילוי אחרים מוליכים למחצה, והמוליכות התרמית שלו אפילו גדולה מזו של מתכת בטמפרטורת החדר.חוקרים מאוניברסיטת בייג'ינג לטכנולוגיה כימית ערכו מחקר על מוליכות תרמית של גומי סיליקון מחוזק אלומינה וגומי סיליקון קרביד.התוצאות מראות שהמוליכות התרמית של גומי סיליקון עולה ככל שכמות הסיליקון קרביד עולה;כאשר כמות הסיליקון קרביד זהה, המוליכות התרמית של גומי סיליקון סיליקון קרביד מחוזק בגודל החלקיקים הקטן גדולה מזו של גומי סיליקון סיליקון קרביד מחוזק בגודל החלקיקים הגדול;המוליכות התרמית של גומי סיליקון מחוזק בסיליקון קרביד טובה יותר מזו של גומי סיליקון מחוזק אלומינה.כאשר יחס המסה של אלומינה/סיליקון קרביד הוא 8/2 והכמות הכוללת היא 600 חלקים, המוליכות התרמית של גומי הסיליקון היא הטובה ביותר.
אלומיניום ניטריד הוא גביש אטומי ושייך לניטריד היהלום.זה יכול להתקיים ביציבות בטמפרטורה גבוהה של 2200 ℃.יש לו מוליכות תרמית טובה ומקדם התפשטות תרמית נמוך, מה שהופך אותו לחומר הלם תרמי טוב.המוליכות התרמית של אלומיניום ניטריד היא 320 W·(m·K)-1, שקרובה למוליכות התרמית של תחמוצת בורון וסיליקון קרביד, והיא גדולה יותר מפי 5 מזו של אלומינה.חוקרים מאוניברסיטת צ'ינגדאו למדע וטכנולוגיה חקרו את המוליכות התרמית של חומרים מרוכבים מגומי EPDM מחוזק אלומיניום ניטריד.התוצאות מראות כי: ככל שכמות האלומיניום ניטריד עולה, המוליכות התרמית של החומר המרוכב עולה;המוליכות התרמית של החומר המרוכב ללא ניטריד אלומיניום היא 0.26 W·(m·K)-1, כאשר כמות האלומיניום ניטריד עולה ל- At 80 חלקים, המוליכות התרמית של החומר המרוכב מגיעה ל-0.442 W·(m·K) -1, עלייה של 70%.
אלומינה היא סוג של חומר מילוי אנאורגני רב תכליתי, בעל מוליכות תרמית גדולה, קבוע דיאלקטרי ועמידות בפני שחיקה טובה.הוא נמצא בשימוש נרחב בחומרים מרוכבים מגומי.
חוקרים מאוניברסיטת בייג'ינג לטכנולוגיה כימית בדקו את המוליכות התרמית של חומרים מרוכבים של ננו-אלומינה/ננו-צינורית פחמן/גומי טבעי.התוצאות מראות שלשימוש המשולב בננו-אלומינה וצינורות פחמן יש השפעה סינרגטית על שיפור המוליכות התרמית של החומר המרוכב;כאשר כמות ננו-צינוריות הפחמן קבועה, המוליכות התרמית של החומר המרוכב עולה באופן ליניארי עם העלייה בכמות הננו-אלומינה;כאשר 100 כאשר משתמשים בננו אלומינה כחומר מילוי המוליך תרמית, המוליכות התרמית של החומר המרוכב עולה ב-120%.כאשר משתמשים ב-5 חלקים של ננו-צינורות פחמן כחומר מילוי המוליך תרמית, המוליכות התרמית של החומר המרוכב עולה ב-23%.כאשר משתמשים ב-100 חלקים של אלומינה ו-5 חלקים כאשר משתמשים בצינורות פחמן כחומר מילוי מוליך תרמית, המוליכות התרמית של החומר המרוכב עולה ב-155%.הניסוי גם מסיק את שתי המסקנות הבאות: ראשית, כאשר כמות ננו-צינוריות הפחמן קבועה, ככל שכמות הננו-אלומינה עולה, מבנה רשת המילוי הנוצר על ידי חלקיקי מילוי מוליכים בגומי גדל בהדרגה, וגורם ההפסד של חומר מרוכב גדל בהדרגה.כאשר משתמשים ב-100 חלקים של ננו אלומינה ו-3 חלקים של ננו-צינורות פחמן יחד, יצירת חום הדחיסה הדינמית של החומר המרוכב הוא רק 12 ℃, והתכונות המכניות הדינמיות מצוינות;שנית, כאשר כמות ננו-צינורות הפחמן קבועה, ככל שכמות הננו-אלומינה עולה, הקשיות וחוזק הקריעה של חומרים מרוכבים גדלים, בעוד חוזק המתיחה וההתארכות בשבירה יורדים.
לננו-צינוריות פחמן יש תכונות פיזיקליות מצוינות, מוליכות תרמית ומוליכות חשמלית, והן חומרי מילוי מחזקים אידיאליים.החומרים המרוכבים מגומי החיזוק שלהם זכו לתשומת לב רחבה.ננו-צינוריות פחמן נוצרות על ידי סלסול שכבות של יריעות גרפיט.הם סוג חדש של חומר גרפיט עם מבנה גלילי בקוטר של עשרות ננומטרים (10-30 ננומטר, 30-60 ננומטר, 60-100 ננומטר).המוליכות התרמית של ננו-צינורות פחמן היא 3000 W·(m·K)-1, שהיא פי 5 מהמוליכות התרמית של נחושת.ננו-צינוריות פחמן יכולות לשפר משמעותית את המוליכות התרמית, המוליכות החשמלית והתכונות הפיזיקליות של הגומי, והחיזוק והמוליכות התרמית שלהן טובים יותר מחומרי מילוי מסורתיים כמו פחמן שחור, סיבי פחמן וסיבי זכוכית.חוקרים מאוניברסיטת צ'ינגדאו למדע וטכנולוגיה ערכו מחקר על מוליכות תרמית של ננו-צינוריות פחמן/חומרים מרוכבים EPDM.התוצאות מראות כי: ננו-צינוריות פחמן יכולות לשפר את המוליכות התרמית ואת התכונות הפיזיקליות של חומרים מרוכבים;ככל שכמות ננו-צינורות הפחמן עולה, המוליכות התרמית של חומרים מרוכבים עולה, וחוזק המתיחה וההתארכות בהפסקה עולים תחילה ואז יורדים, מתח המתיחה וחוזק הקריעה גדלים;כאשר כמות ננו-צינוריות הפחמן קטנה, קל יותר ליצור ננו-צינוריות פחמן בקוטר גדול שרשראות מוליכות חום מאשר ננו-צינוריות פחמן בעלות קוטר קטן, והן משולבות טוב יותר עם מטריצת הגומי.
זמן פרסום: 30 באוגוסט 2021