幾種導(dǎo)熱填料在橡膠中的應(yīng)用

近年來(lái)，橡膠制品的導(dǎo)熱性能受到廣泛關(guān)注。導(dǎo)熱橡膠制品廣泛應(yīng)用于航天、航空、電子、 電器領(lǐng)域中需要傳熱的部位，并起到絕緣和減震作用。導(dǎo)熱性能改善對(duì)導(dǎo)熱橡膠制品重要。例如，電子元?dú)饧囟让可?/span>2 ℃，其可靠性下降10%。利用導(dǎo)熱填料制備的橡膠復(fù)合材料能夠有效傳遞熱量，對(duì)電子產(chǎn)品的密集化、小型化以及提高其可靠性和延長(zhǎng)其使用壽命都具有重要意義。

目前，應(yīng)用于輪胎的橡膠材料需具有低生熱、高導(dǎo)熱的特點(diǎn)，一方面在輪胎硫化過(guò)程中改善膠料傳熱性能、提高硫化效速率，減少能耗；另一方面及時(shí)導(dǎo)出輪胎在高速行駛過(guò)程中產(chǎn)生的熱量，降低胎體溫度，減少因溫度過(guò)高造成的輪胎性能下降。導(dǎo)熱橡膠的導(dǎo)熱性能主要由橡膠基體和導(dǎo)熱填料決定。無(wú)論是粒子還是纖維狀導(dǎo)熱填料自身的導(dǎo)熱性能都遠(yuǎn)優(yōu)于橡膠基體。

    下面就列舉一下宣城晶瑞新材料生產(chǎn)的幾種常用的導(dǎo)熱填料有以下幾種材料：

1. beta相納米碳化硅

      納米級(jí)碳化硅粉體，形成接觸導(dǎo)熱鏈，且更容易與高分子鏈接枝，形成Si-O-Si鏈導(dǎo)熱骨架做為主要導(dǎo)熱通路，大幅度提高復(fù)合材料的導(dǎo)熱率，同時(shí)不降低復(fù)合材料的機(jī)械性能。納米碳化硅粉體體積比為13.8%(折合成質(zhì)量比不到30%)就大幅度提高環(huán)氧樹脂導(dǎo)熱率到4.1瓦/米.開(kāi)。

      碳化硅環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)隨著碳化硅的用量增加而增大，納米碳化硅在用量較低的情況下即可賦予復(fù)合材料良好的導(dǎo)熱性能。碳化硅環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度隨碳化硅用量的增加呈先升后降的態(tài)勢(shì)，碳化硅表面改性后可以有效的的改善復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能和力學(xué)性能。

      碳化硅化學(xué)性能穩(wěn)定，其導(dǎo)熱性能優(yōu)于其他半導(dǎo)體填料，在室溫下導(dǎo)熱系數(shù)甚至大于金屬。北京化工大學(xué)研究員對(duì)氧化鋁和碳化硅補(bǔ)強(qiáng)硅橡膠的導(dǎo)熱性能進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：隨著碳化硅用量增大，硅橡膠的導(dǎo)熱系數(shù)增大；碳化硅用量相同時(shí)，小粒徑碳化硅補(bǔ)強(qiáng)硅橡膠的導(dǎo)熱系數(shù)大于大粒徑碳化硅補(bǔ)強(qiáng)硅橡膠；氧化鋁/碳化硅并用補(bǔ)強(qiáng)硅橡膠的導(dǎo)熱性能優(yōu)于氧化鋁補(bǔ)強(qiáng)硅橡膠，當(dāng)氧化鋁/碳化硅質(zhì)量比為8/2且合計(jì)用量為600份時(shí)，硅橡膠的導(dǎo)熱性能佳。

2. 氮化鋁ALN

      氮化鋁是原子晶體，屬金剛石氮化物類，可在 2200 ℃的高溫下穩(wěn)定存在，其導(dǎo)熱性能好，熱膨脹系數(shù)小，是良好的耐熱沖擊材料。氮化鋁的導(dǎo)熱系數(shù)為320 W·（m·K）-1，接近氧化硼和碳化硅的導(dǎo)熱系數(shù)，比氧化鋁導(dǎo)熱系數(shù)大5倍以上。 青島科技大學(xué)研究人員研究了氮化鋁補(bǔ)強(qiáng)三元乙丙橡膠復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能。結(jié)果表明：隨著氮化鋁用量增大，復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)增大；未添加氮化鋁的復(fù)合材料導(dǎo)熱系數(shù)為0.26 W·（m·K）-1， 當(dāng)?shù)X用量增大至80份時(shí)，復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)達(dá)到0.442 W·（m·K）-1，增幅為70%。

3. 納米氧化鋁AL2O3

      納米氧化鋁（VK-L04R\VK-L600D）是一種多功能無(wú)機(jī)填料，具有較大的導(dǎo)熱系數(shù)、介電常數(shù)以及較好的耐磨性能，被廣泛應(yīng)用于橡膠復(fù)合材料中。

      北京化工大學(xué)研究人員對(duì)納米氧化鋁/碳納米管/tr橡膠復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能進(jìn)行測(cè)試。 結(jié)果表明：納米氧化鋁與碳納米管并用對(duì)提高復(fù)合材料導(dǎo)熱性能具有協(xié)同作用；當(dāng)碳納米管用量一定時(shí)，隨著納米氧化鋁用量增大，復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)線性增大；當(dāng)采用100份納米氧化鋁作導(dǎo)熱填料時(shí)，復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)增大120%，當(dāng)采用5份碳納米管作導(dǎo)熱填料時(shí)，復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)增大23%，當(dāng)采用100份氧化鋁與5份碳納米管并用作導(dǎo)熱填料時(shí)，復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)增大155%。 試驗(yàn)還得出以下兩個(gè)結(jié)論。一是碳納米管用量一定時(shí)，隨著納米氧化鋁用量增大，導(dǎo)電填料粒 子在橡膠中形成的填料-填料網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)逐漸增強(qiáng)， 復(fù)合材料的損耗因子逐漸增大，當(dāng)100份納米氧化鋁與3份碳納米管并用后，復(fù)合材料的動(dòng)態(tài)壓縮生熱僅為12 ℃，動(dòng)態(tài)力學(xué)性能優(yōu)異；二是碳納米管用 量一定時(shí)，隨著納米氧化鋁用量增大，復(fù)合材料的硬度、定伸應(yīng)力和撕裂強(qiáng)度增大，拉伸強(qiáng)度和拉斷伸長(zhǎng)率減小。

4. 碳納米管Carbon Nanotube

      碳納米管具有優(yōu)異的物理性能、導(dǎo)熱性能和導(dǎo)電性能，是理想的補(bǔ)強(qiáng)填料，其補(bǔ)強(qiáng)橡膠復(fù)合 材料受到廣泛關(guān)注。碳納米管由石墨片層卷曲 而成，是一種圓柱形結(jié)構(gòu)的新型石墨材料，其直徑為幾十個(gè)納米（10-30nm，30-60nm，60-100nm）。碳納米管導(dǎo)熱系數(shù)為3000 W·（m·K）-1，是銅導(dǎo)熱系數(shù)的5倍。碳納米管可以顯著提高橡膠的導(dǎo)熱性能、導(dǎo)電性能和物理性能，其補(bǔ)強(qiáng)和導(dǎo)熱效果優(yōu)于炭黑、碳纖維和玻璃纖維等傳統(tǒng)填料。 青島科技大學(xué)研究人員對(duì)碳納米管/三元乙丙橡膠復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：碳納米管可提高復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能和物理性能；隨著碳納米管用量增大，復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)呈增大趨勢(shì)，拉伸強(qiáng)度和拉斷伸長(zhǎng)率先增大后減小，定伸應(yīng)力和撕裂強(qiáng)度增大；碳納米管用量較小時(shí)，大管徑碳納米管比小管徑碳納米管更容易形成導(dǎo)熱鏈，與橡膠基體結(jié)合更好。