В останні роки теплопровідності гумових виробів приділяється велика увага.Теплопровідні гумові вироби широко використовуються в аерокосмічній галузі, авіації, електроніці та електричних приладах, щоб грати роль у теплопровідності, ізоляції та поглинанні ударів.Покращення теплопровідності надзвичайно важливо для теплопровідних гумових виробів.Гумовий композитний матеріал, виготовлений за допомогою теплопровідного наповнювача, може ефективно передавати тепло, що має велике значення для ущільнення та мініатюризації електронних виробів, а також для підвищення їх надійності та продовження терміну служби.
В даний час гумові матеріали, які використовуються в шинах, повинні мати характеристики низького теплоутворення та високої теплопровідності.З одного боку, у процесі вулканізації шин покращується теплопередача гуми, збільшується швидкість вулканізації та зменшується споживання енергії;Тепло, що виділяється під час руху, знижує температуру каркаса та зменшує погіршення характеристик шини, спричинене надмірною температурою.Теплопровідність теплопровідної гуми в основному визначається гумовою матрицею і теплопровідним наповнювачем.Теплопровідність частинок або волокнистого теплопровідного наповнювача набагато краща, ніж у гумової матриці.
Найбільш часто використовуваними теплопровідними наповнювачами є наступні матеріали:
1. Нанокарбід кремнію кубічної бета-фази (SiC)
Нанорозмірний порошок карбіду кремнію утворює контактні ланцюги теплопровідності та легше розгалужується з полімерами, утворюючи скелет теплопровідності ланцюга Si-O-Si як основний шлях теплопровідності, що значно покращує теплопровідність композитного матеріалу без зменшення теплопровідності. композиційний матеріал Механічні властивості.
Теплопровідність епоксидного композитного матеріалу з карбіду кремнію збільшується зі збільшенням кількості карбіду кремнію, і нанокарбід кремнію може надати композитному матеріалу хорошу теплопровідність, коли його кількість низька.Міцність на вигин і ударна міцність епоксидних композитних матеріалів з карбіду кремнію спочатку зростає, а потім зменшується зі збільшенням кількості карбіду кремнію.Модифікація поверхні карбіду кремнію може ефективно покращити теплопровідність і механічні властивості композитного матеріалу.
Карбід кремнію має стабільні хімічні властивості, його теплопровідність краща, ніж інші напівпровідникові наповнювачі, а його теплопровідність навіть більша, ніж у металу при кімнатній температурі.Дослідники з Пекінського хіміко-технологічного університету провели дослідження теплопровідності силіконової гуми, армованої оксидом алюмінію та карбідом кремнію.Результати показують, що теплопровідність силіконової гуми збільшується зі збільшенням кількості карбіду кремнію;коли кількість карбіду кремнію однакова, теплопровідність силіконової гуми, зміцненої карбідом кремнію з малим розміром частинок, більша, ніж у силіконової гуми, зміцненої карбідом кремнію з великим розміром частинок;Теплопровідність кремнієвої гуми, армованої карбідом кремнію, краща, ніж у кремнієвої гуми, армованої оксидом алюмінію.Коли масове співвідношення оксиду алюмінію/карбіду кремнію становить 8/2, а загальна кількість становить 600 частин, теплопровідність кремнієвої гуми є найкращою.
Нітрид алюмінію є атомним кристалом і відноситься до нітриду алмазу.Він може стабільно існувати при високій температурі 2200 ℃.Він має хорошу теплопровідність і низький коефіцієнт теплового розширення, що робить його хорошим термошоковим матеріалом.Теплопровідність нітриду алюмінію становить 320 Вт·(м·К)-1, що близько до теплопровідності оксиду бору і карбіду кремнію і більш ніж у 5 разів більше, ніж у глинозему.Дослідники з Науково-технічного університету Циндао вивчили теплопровідність гумових композитів EPDM, зміцнених нітридом алюмінію.Результати показують, що: зі збільшенням кількості нітриду алюмінію теплопровідність композиційного матеріалу зростає;теплопровідність композитного матеріалу без нітриду алюмінію становить 0,26 Вт·(м·К)-1, коли кількість нітриду алюмінію збільшується до At 80 частин, теплопровідність композитного матеріалу досягає 0,442 Вт·(м·К) -1, збільшення на 70%.
Оксид алюмінію є різновидом багатофункціонального неорганічного наповнювача, який має велику теплопровідність, діелектричну проникність і хорошу зносостійкість.Він широко використовується в гумових композитних матеріалах.
Дослідники з Пекінського хіміко-технологічного університету перевірили теплопровідність композитів нанооксид алюмінію/вуглецеві нанотрубки/натуральний каучук.Результати показують, що комбіноване використання нанооксиду алюмінію та вуглецевих нанотрубок має синергетичний ефект на покращення теплопровідності композитного матеріалу;коли кількість вуглецевих нанотрубок є постійною, теплопровідність композитного матеріалу лінійно зростає зі збільшенням кількості нанооксиду алюмінію;при 100 При використанні нанооксиду алюмінію як теплопровідного наповнювача теплопровідність композиційного матеріалу збільшується на 120%.При використанні в якості теплопровідного наповнювача 5 частин вуглецевих нанотрубок теплопровідність композитного матеріалу збільшується на 23%.При використанні 100 частин глинозему і 5 частин. При використанні в якості теплопровідного наповнювача вуглецевих нанотрубок теплопровідність композиційного матеріалу збільшується на 155%.Експеримент також робить наступні два висновки: по-перше, коли кількість вуглецевих нанотрубок є постійною, у міру збільшення кількості нанооксиду алюмінію мережева структура наповнювача, утворена провідними частинками наповнювача в гумі, поступово збільшується, а коефіцієнт втрат композиційного матеріалу поступово збільшується.Коли 100 частин нанооксиду алюмінію та 3 частини вуглецевих нанотрубок використовуються разом, динамічне утворення тепла від стиснення композитного матеріалу становить лише 12 ℃, а динамічні механічні властивості чудові;по-друге, коли кількість вуглецевих нанотрубок є фіксованою, у міру збільшення кількості нанооксиду алюмінію твердість і міцність на розрив композитних матеріалів зростають, тоді як міцність на розрив і подовження при розриві зменшуються.
Вуглецеві нанотрубки мають відмінні фізичні властивості, теплопровідність і електропровідність і є ідеальними армуючими наповнювачами.Їх армуючі гумові композитні матеріали отримали широку увагу.Вуглецеві нанотрубки утворюються скручуванням шарів графітових листів.Вони є новим типом графітового матеріалу з циліндричною структурою з діаметром десятки нанометрів (10-30 нм, 30-60 нм, 60-100 нм).Теплопровідність вуглецевих нанотрубок становить 3000 Вт·(м·К)-1, що в 5 разів перевищує теплопровідність міді.Вуглецеві нанотрубки можуть значно покращити теплопровідність, електропровідність і фізичні властивості гуми, а їх армування і теплопровідність краще, ніж традиційні наповнювачі, такі як сажа, вуглецеве волокно і скловолокно.Дослідники з Університету науки і технологій Циндао провели дослідження теплопровідності композитних матеріалів вуглецевих нанотрубок/EPDM.Результати показують, що: вуглецеві нанотрубки можуть покращити теплопровідність і фізичні властивості композитних матеріалів;зі збільшенням кількості вуглецевих нанотрубок теплопровідність композитних матеріалів збільшується, а міцність на розрив і відносне подовження при розриві спочатку збільшуються, а потім зменшуються. Напруга на розтяг і міцність на розрив збільшуються;коли кількість вуглецевих нанотрубок невелика, з вуглецевих нанотрубок великого діаметра легше утворювати теплопровідні ланцюги, ніж з вуглецевих нанотрубок малого діаметра, і вони краще поєднуються з гумовою матрицею.
Час публікації: 30 серпня 2021 р