W ostatnich latach dużą uwagę poświęcono przewodności cieplnej wyrobów gumowych. Termoprzewodzące produkty gumowe są szeroko stosowane w przemyśle lotniczym, lotniczym, elektronicznym i urządzeniach elektrycznych, ponieważ odgrywają rolę w przewodzeniu ciepła, izolacji i pochłanianiu wstrząsów. Poprawa przewodności cieplnej jest niezwykle ważna w przypadku wyrobów gumowych przewodzących ciepło. Gumowy materiał kompozytowy przygotowany za pomocą wypełniacza przewodzącego ciepło może skutecznie przewodzić ciepło, co ma ogromne znaczenie dla zagęszczania i miniaturyzacji wyrobów elektronicznych, a także poprawy ich niezawodności i wydłużenia ich żywotności.
Obecnie materiały gumowe stosowane w oponach muszą charakteryzować się niskim wytwarzaniem ciepła i wysoką przewodnością cieplną. Z jednej strony w procesie wulkanizacji opon poprawia się wydajność wymiany ciepła gumy, zwiększa się szybkość wulkanizacji i zmniejsza się zużycie energii; Ciepło powstające podczas jazdy obniża temperaturę osnowy i ogranicza degradację osiągów opony spowodowaną nadmierną temperaturą. Przewodność cieplna gumy przewodzącej ciepło zależy głównie od matrycy gumowej i wypełniacza przewodzącego ciepło. Przewodność cieplna cząstek lub włóknistego wypełniacza przewodzącego ciepło jest znacznie lepsza niż matrycy gumowej.
Najczęściej stosowanymi wypełniaczami termoprzewodzącymi są następujące materiały:
1. Węglik krzemu sześcienny w fazie beta (SiC)
Proszek węglika krzemu w skali nano tworzy kontaktowe łańcuchy przewodzenia ciepła i jest łatwiejszy do rozgałęziania z polimerami, tworząc szkielet przewodzenia ciepła łańcucha Si-O-Si jako główną ścieżkę przewodzenia ciepła, co znacznie poprawia przewodność cieplną materiału kompozytowego bez zmniejszania materiał kompozytowy Właściwości mechaniczne.
Przewodność cieplna epoksydowego materiału kompozytowego z węglika krzemu wzrasta wraz ze wzrostem ilości węglika krzemu, a nanowęglik krzemu może zapewnić materiałowi kompozytowemu dobrą przewodność cieplną, gdy ilość jest niska. Wytrzymałość na zginanie i udarność epoksydowych materiałów kompozytowych z węglika krzemu najpierw wzrasta, a następnie maleje wraz ze wzrostem ilości węglika krzemu. Modyfikacja powierzchni węglika krzemu może skutecznie poprawić przewodność cieplną i właściwości mechaniczne materiału kompozytowego.
Węglik krzemu ma stabilne właściwości chemiczne, jego przewodność cieplna jest lepsza niż w przypadku innych wypełniaczy półprzewodnikowych, a przewodność cieplna jest nawet większa niż w przypadku metalu w temperaturze pokojowej. Naukowcy z Uniwersytetu Technologii Chemicznej w Pekinie przeprowadzili badania nad przewodnością cieplną gumy silikonowej wzmocnionej tlenkiem glinu i węglikiem krzemu. Wyniki pokazują, że przewodność cieplna kauczuku silikonowego wzrasta wraz ze wzrostem ilości węglika krzemu; gdy ilość węglika krzemu jest taka sama, przewodność cieplna kauczuku silikonowego wzmocnionego węglikiem krzemu o małych cząstkach jest większa niż kauczuku silikonowego wzmocnionego węglikiem krzemu o dużych cząstkach; Przewodność cieplna kauczuku silikonowego wzmocnionego węglikiem krzemu jest lepsza niż kauczuku silikonowego wzmocnionego tlenkiem glinu. Gdy stosunek masowy tlenku glinu do węglika krzemu wynosi 8/2, a całkowita ilość wynosi 600 części, przewodność cieplna kauczuku silikonowego jest najlepsza.
Azotek glinu jest kryształem atomowym i należy do azotku diamentu. Może istnieć stabilnie w wysokiej temperaturze 2200℃. Ma dobrą przewodność cieplną i niski współczynnik rozszerzalności cieplnej, co czyni go dobrym materiałem na szok termiczny. Przewodność cieplna azotku glinu wynosi 320 W·(m·K)-1 i jest zbliżona do przewodności cieplnej tlenku boru i węglika krzemu i jest ponad 5 razy większa niż tlenku glinu. Naukowcy z Uniwersytetu Nauki i Technologii w Qingdao zbadali przewodność cieplną kompozytów gumy EPDM wzmocnionych azotkiem glinu. Wyniki pokazują, że: wraz ze wzrostem ilości azotku glinu wzrasta przewodność cieplna materiału kompozytowego; przewodność cieplna materiału kompozytowego bez azotku glinu wynosi 0,26 W·(m·K)-1, gdy ilość azotku glinu wzrasta do Przy 80 częściach przewodność cieplna materiału kompozytowego osiąga 0,442 W·(m·K) -1, wzrost o 70%.
Tlenek glinu jest rodzajem wielofunkcyjnego wypełniacza nieorganicznego, który ma dużą przewodność cieplną, stałą dielektryczną i dobrą odporność na zużycie. Jest szeroko stosowany w gumowych materiałach kompozytowych.
Naukowcy z Uniwersytetu Technologii Chemicznej w Pekinie przetestowali przewodność cieplną kompozytów nanotlenek glinu, nanorurka węglowa i kauczuk naturalny. Wyniki pokazują, że łączne zastosowanie nanotlenku glinu i nanorurek węglowych ma synergistyczny wpływ na poprawę przewodności cieplnej materiału kompozytowego; przy stałej ilości nanorurek węglowych przewodność cieplna materiału kompozytowego rośnie liniowo wraz ze wzrostem ilości nanotlenku glinu; gdy 100 Przy zastosowaniu nanotlenku glinu jako wypełniacza przewodzącego ciepło przewodność cieplna materiału kompozytowego wzrasta o 120%. Gdy jako wypełniacz przewodzący ciepło zastosuje się 5 części nanorurek węglowych, przewodność cieplna materiału kompozytowego wzrasta o 23%. Gdy stosuje się 100 części tlenku glinu i 5 części. Gdy jako wypełniacz przewodzący ciepło stosuje się nanorurki węglowe, przewodność cieplna materiału kompozytowego wzrasta o 155%. Z eksperymentu wyciągnięto także dwa następujące wnioski: Po pierwsze, gdy ilość nanorurek węglowych jest stała, wraz ze wzrostem ilości nanotlenku glinu struktura sieci wypełniacza utworzonej przez cząstki wypełniacza przewodzącego w gumie stopniowo wzrasta, a współczynnik stratności materiału kompozytowego stopniowo wzrasta. Gdy stosuje się razem 100 części nanotlenku glinu i 3 części nanorurek węglowych, dynamiczne wytwarzanie ciepła przy ściskaniu materiału kompozytowego wynosi tylko 12 ℃, a dynamiczne właściwości mechaniczne są doskonałe; po drugie, gdy ilość nanorurek węglowych jest stała, wraz ze wzrostem ilości nanotlenku glinu wzrasta twardość i wytrzymałość na rozdzieranie materiałów kompozytowych, podczas gdy wytrzymałość na rozciąganie i wydłużenie przy zerwaniu maleje.
Nanorurki węglowe charakteryzują się doskonałymi właściwościami fizycznymi, przewodnością cieplną i elektryczną i są idealnymi wypełniaczami wzmacniającymi. Ich wzmacniające gumowe materiały kompozytowe cieszą się dużym zainteresowaniem. Nanorurki węglowe powstają w wyniku zwijania się warstw arkuszy grafitu. Są nowym rodzajem materiału grafitowego o cylindrycznej strukturze i średnicy kilkudziesięciu nanometrów (10-30nm, 30-60nm, 60-100nm). Przewodność cieplna nanorurek węglowych wynosi 3000 W·(m·K)-1, co stanowi 5-krotność przewodności cieplnej miedzi. Nanorurki węglowe mogą znacznie poprawić przewodność cieplną, przewodność elektryczną i właściwości fizyczne gumy, a ich wzmocnienie i przewodność cieplna są lepsze niż tradycyjne wypełniacze, takie jak sadza, włókno węglowe i włókno szklane. Naukowcy z Uniwersytetu Naukowo-Technologicznego w Qingdao przeprowadzili badania nad przewodnością cieplną materiałów kompozytowych nanorurki węglowe i EPDM. Wyniki pokazują, że: nanorurki węglowe mogą poprawić przewodność cieplną i właściwości fizyczne materiałów kompozytowych; wraz ze wzrostem ilości nanorurek węglowych wzrasta przewodność cieplna materiałów kompozytowych, a wytrzymałość na rozciąganie i wydłużenie przy zerwaniu najpierw rosną, a następnie maleją. Zwiększają się naprężenia rozciągające i wytrzymałość na rozdzieranie; gdy ilość nanorurek węglowych jest mała, nanorurki węglowe o dużej średnicy łatwiej tworzą łańcuchy przewodzące ciepło niż nanorurki węglowe o małej średnicy i lepiej łączą się z osnową gumową.
Czas publikacji: 30 sierpnia 2021 r
