V zadnjih letih je bila toplotna prevodnost izdelkov iz gume deležna velike pozornosti.Toplotno prevodni izdelki iz gume se pogosto uporabljajo na področju vesoljske industrije, letalstva, elektronike in električnih naprav, saj igrajo vlogo pri toplotni prevodnosti, izolaciji in blaženju udarcev.Izboljšanje toplotne prevodnosti je izjemno pomembno za toplotno prevodne izdelke iz gume.Gumijasti kompozitni material, pripravljen s toplotno prevodnim polnilom, lahko učinkovito prenaša toploto, kar je velikega pomena za zgostitev in miniaturizacijo elektronskih izdelkov, pa tudi za izboljšanje njihove zanesljivosti in podaljšanje njihove življenjske dobe.
Trenutno morajo imeti gumijasti materiali, ki se uporabljajo v pnevmatikah, lastnosti nizkega proizvajanja toplote in visoko toplotno prevodnost.Po eni strani se v procesu vulkanizacije pnevmatik izboljša zmogljivost prenosa toplote gume, poveča se stopnja vulkanizacije in zmanjša poraba energije;Toplota, ki nastane med vožnjo, zmanjša temperaturo karkase in zmanjša poslabšanje zmogljivosti pnevmatike zaradi previsoke temperature.Toplotno prevodnost toplotno prevodne gume v glavnem določata gumijasta matrika in toplotno prevodno polnilo.Toplotna prevodnost delcev ali vlaknastega toplotno prevodnega polnila je veliko boljša kot pri gumijasti matrici.
Najpogosteje uporabljena toplotno prevodna polnila so naslednji materiali:
1. Kubični beta faza nano silicijev karbid (SiC)
Prah silicijevega karbida v nano merilu tvori kontaktne toplotno prevodne verige in se lažje razveja s polimeri, pri čemer tvori okostje toplotne prevodnosti verige Si-O-Si kot glavno pot toplotnega prevoda, kar močno izboljša toplotno prevodnost kompozitnega materiala brez zmanjšanja Kompozitni material Mehanske lastnosti.
Toplotna prevodnost epoksi kompozitnega materiala iz silicijevega karbida se poveča s povečanjem količine silicijevega karbida, nano-silicijev karbid pa lahko kompozitnemu materialu zagotovi dobro toplotno prevodnost, ko je količina nizka.Upogibna trdnost in udarna trdnost epoksidnih kompozitnih materialov silicijevega karbida se najprej povečata in nato zmanjšata s povečanjem količine silicijevega karbida.Modifikacija površine silicijevega karbida lahko učinkovito izboljša toplotno prevodnost in mehanske lastnosti kompozitnega materiala.
Silicijev karbid ima stabilne kemijske lastnosti, njegova toplotna prevodnost je boljša od drugih polprevodniških polnil, njegova toplotna prevodnost pa je celo večja kot pri kovini pri sobni temperaturi.Raziskovalci s Pekinške univerze za kemijsko tehnologijo so izvedli raziskavo toplotne prevodnosti silikonske gume, ojačane s silicijevim oksidom in silicijevim karbidom.Rezultati kažejo, da se toplotna prevodnost silikonske gume povečuje z večanjem količine silicijevega karbida;ko je količina silicijevega karbida enaka, je toplotna prevodnost silikonske gume, ojačane s silicijevim karbidom, z majhno velikostjo delcev večja kot pri silikonski gumi, ojačani z veliko velikostjo delcev s silicijevim karbidom;Toplotna prevodnost silicijeve gume, ojačane s silicijevim karbidom, je boljša kot pri silicijevi gumi, ojačani z aluminijem.Ko je masno razmerje aluminijev oksid/silicijev karbid 8/2 in je skupna količina 600 delov, je toplotna prevodnost silicijeve gume najboljša.
Aluminijev nitrid je atomski kristal in spada med diamantne nitride.Stabilno lahko obstaja pri visoki temperaturi 2200 ℃.Ima dobro toplotno prevodnost in nizek koeficient toplotnega raztezanja, zaradi česar je dober material za toplotne šoke.Toplotna prevodnost aluminijevega nitrida je 320 W·(m·K)-1, kar je blizu toplotni prevodnosti borovega oksida in silicijevega karbida in je več kot 5-krat večja od prevodnosti aluminijevega oksida.Raziskovalci z Univerze za znanost in tehnologijo Qingdao so proučevali toplotno prevodnost gumijastih kompozitov EPDM, ojačenih z aluminijevim nitridom.Rezultati kažejo, da: z večanjem količine aluminijevega nitrida narašča toplotna prevodnost kompozitnega materiala;toplotna prevodnost kompozitnega materiala brez aluminijevega nitrida je 0,26 W·(m·K)-1, ko se količina aluminijevega nitrida poveča na 80 delov, toplotna prevodnost kompozitnega materiala doseže 0,442 W·(m·K) -1, povečanje za 70 %.
3. Nano aluminijev oksid (Al2O3)
Aluminijev oksid je nekakšno večnamensko anorgansko polnilo, ki ima visoko toplotno prevodnost, dielektrično konstanto in dobro odpornost proti obrabi.Široko se uporablja v gumijastih kompozitnih materialih.
Raziskovalci s Pekinške univerze za kemijsko tehnologijo so testirali toplotno prevodnost kompozitov nano-aluminijev oksid/ogljikove nanocevke/naravni kavčuk.Rezultati kažejo, da ima kombinirana uporaba nano-aluminijevega oksida in ogljikovih nanocevk sinergistični učinek na izboljšanje toplotne prevodnosti kompozitnega materiala;ko je količina ogljikovih nanocevk konstantna, toplotna prevodnost kompozitnega materiala narašča linearno s povečanjem količine nano-aluminijevega oksida;ko 100 Pri uporabi nano-aluminijevega oksida kot toplotno prevodnega polnila se toplotna prevodnost kompozitnega materiala poveča za 120 %.Ko se kot toplotno prevodno polnilo uporabi 5 delov ogljikovih nanocevk, se toplotna prevodnost kompozitnega materiala poveča za 23 %.Pri uporabi 100 delov aluminijevega oksida in 5 delov. Pri uporabi ogljikovih nanocevk kot toplotno prevodnega polnila se toplotna prevodnost kompozitnega materiala poveča za 155 %.Poskus potegne tudi naslednja dva sklepa: Prvič, ko je količina ogljikovih nanocevk konstantna, ko se količina nano-aluminijevega oksida povečuje, se mreža polnila, ki jo tvorijo prevodni delci polnila v gumi, postopoma povečuje in faktor izgube kompozitnega materiala postopoma narašča.Ko se skupaj uporabi 100 delov nano-aluminijevega oksida in 3 deli ogljikovih nanocevk, je dinamično kompresijsko ustvarjanje toplote kompozitnega materiala le 12 ℃, dinamične mehanske lastnosti pa so odlične;drugič, ko je količina ogljikovih nanocevk določena, se s povečanjem količine nano-aluminijevega oksida trdota in trganje kompozitnih materialov povečata, medtem ko se natezna trdnost in raztezek ob pretrganju zmanjšata.
Ogljikove nanocevke imajo odlične fizikalne lastnosti, toplotno in električno prevodnost ter so idealna ojačitvena polnila.Njihovi ojačitveni gumijasti kompozitni materiali so bili deležni široke pozornosti.Ogljikove nanocevke nastanejo z zvijanjem plasti grafitnih plošč.So nova vrsta grafitnega materiala s cilindrično strukturo s premerom več deset nanometrov (10-30nm, 30-60nm, 60-100nm).Toplotna prevodnost ogljikovih nanocevk je 3000 W·(m·K)-1, kar je 5-kratna toplotna prevodnost bakra.Ogljikove nanocevke lahko znatno izboljšajo toplotno prevodnost, električno prevodnost in fizikalne lastnosti gume, njihova ojačitev in toplotna prevodnost pa sta boljši od tradicionalnih polnil, kot so saje, ogljikova vlakna in steklena vlakna.Raziskovalci z Univerze za znanost in tehnologijo Qingdao so izvedli raziskavo o toplotni prevodnosti kompozitnih materialov ogljikovih nanocevk/EPDM.Rezultati kažejo, da: lahko ogljikove nanocevke izboljšajo toplotno prevodnost in fizikalne lastnosti kompozitnih materialov;ko se količina ogljikovih nanocevk poveča, se toplotna prevodnost kompozitnih materialov poveča, natezna trdnost in raztezek pri pretrganju pa se najprej povečata in nato zmanjšata. Natezna napetost in trganje se povečata;ko je količina ogljikovih nanocevk majhna, je iz ogljikovih nanocevk z velikim premerom lažje oblikovati toplotno prevodne verige kot iz ogljikovih nanocevk z majhnim premerom in se bolje kombinirajo z gumijasto matrico.
Čas objave: 30. avgust 2021