炭黑橡胶复合材料热导率的计算 - 青岛科技大学机电工程学院.docVIP

炭黑填充天然橡胶复合材料热导率的研究 李海涛，何燕*，马连湘 (青岛科技大学机电工程学院，山东 青岛 266061) 摘要：实验测得了2种炭黑填充橡胶复合材料的热导率，并与理论模型计算结果进行了对比。结果发现：炭黑含量对炭黑填充胶热导率影响很大，随着炭黑用量的增加，炭黑填充橡胶复合材料的热导率逐步增加；炭黑填充橡胶复合材料的热导率与炭黑的结构性及形态有关；在低填充份数2%～20%范围内，用Maxwell模型预测N539炭黑/橡胶及N330炭黑/橡胶两种复合材料的热导率与实验结果最为接近。 关键词：炭黑；橡胶；热导率；导热模型 中图分类号：TB 324 文献标识码：A Study of Thermal Conductivity of Natural Rubber Filled with Carbon LI Hai-tao，HE Yan，MA Lian-xiang (College of Mechanical and Electrical Engineering, Qingdao University of Science and Technology, Qingdao 266061, China ) Abstract: The thermal conductivities of rubber filled with carbon are experimentally measured, calculated, analyzed and compared with theoretical results according to various theoretical models. It is shown that thermal conductivity of rubber filled with carbon is obviously enhanced with increase of the volume filler fraction of carbon, is related with the carbon diameter structure and interface effect. The estimated thermal conductivities by using Maxwell theoretical model are of the same variation as the experimental ones of N539 carbon/rubber and N330 carbon/rubber at the range of volume filler fraction of carbon from 2% to 20%. Key words: carbon; rubber; thermal conductivity; thermal conductivity model 炭黑/橡胶复合材料是一种常见的填充型复合材料，在航空、航天、汽车、电子、电气领域中有着广泛的应用[1]。轮胎工业朝着低生热、高导热的方向发展，研究橡胶材料的导热性能有着重要的意义。炭黑作为一种重要的补强剂，被填充到橡胶基体中用来提高其性能。炭黑的热导率较高，虽然在填充份数较低时对材料的热传导性能贡献不大，但当填充份数达到一定值时，它们彼此之间会相互接触和作用，形成所谓的“导热网络”[2]而使得复合材料的热导率得到较大提高。 为此，本研究分别对炭黑N330/天然橡胶和炭黑N539/天然橡胶两种复合材料的热导率进行了实验研究，并与理论模型计算结果进行了对比分析。 1实验部分 基本配方 胶料配方（质量份）天然橡胶 100；炭黑 变量 （10份～125）；活性剂 4.5；防老剂 2.50；增塑剂3.00；硫化体系1.98；促进剂 1.30；防焦剂0.08。 2种炭黑的性能见表1。 表1 炭黑的性能 Table　1 The physical properties of carbon black 炭黑种类 吸油值DBP /mL·（100g）-1 CTAB /m2·g-1 N330 102 82 N539 111 43 主要仪器与设备 双辊筒炼胶，S(X)-160A，上海轻工机械研究所；平板硫化仪, HS-100T-FTMO-2RT，佳鑫电子设备科技（深圳）有限公司；激光闪射导热分析仪，LFA447型, 德国耐驰公司。 试样制备 1.3.1混炼与硫化 橡胶的混炼用双辊筒开炼机按照常规操作进行，开炼时间根据胶料的不同，约为15～20 min。得到的混炼胶放入平板硫化仪中硫化，时间15min，温度160°C。 1.3.2试样裁制 在进行热导率测量之前，需用圆形刀具将胶料裁制成圆形试样，直径为12.5mm～12