硅橡胶导热性能的实验研究 何燕.docVIP

中国工程热物理学会 传热传质学 学术会议论文 编号：143052 硅橡胶导热性能的实验研究 何燕，王钰鹏，余真珠，邱金友 （青岛科技大学 机电工程学院，青岛 266061） （TelEmail：809311051@） 由于航天航空和电子电器等各领域的快速发展，对于优良导热材料的需求也就更为迫切，而作为一种橡胶材料，室温硫化硅橡胶可以在室温情况下进行固化交联[1]，使用方便，因此应用前景广泛，同时，由于碳纳米管的一维特性，使其成为一种有潜力的新型材料，因而在高性能电子电器、场发射材料、复合材料及能量储存等领域应用广泛[2-4]，而对于其应用于橡胶复合材料导热的研究相对较少[5-6]。 硅橡胶的热导率主要取决于硅橡胶基体和导热填料两部分，而由于填充导热填料对于硅橡胶的导热提高效果显著，所以现阶段人们纷纷研究各种高性能导热填料对硅橡胶导热能力的影响[7-9]，但却忽视了硅橡胶基体本身的导热性能变化。因此，我们课题组从室温硫化硅橡胶基体本身出发，采用溶液共混的方法[10]，探讨配方对其热导率的影响，在确定最佳配方之后，研究了碳纳米管填入量对于室温硫化硅橡胶热导率的影响。 1实验部分 1.1 实验材料及仪器设备 107室温硫化硅橡胶（济南瑞元化工有限公司）；原硅酸乙酯（交联剂，上海晶纯生化科技股份有限公司）；二月桂酸二丁基锡（催化剂，上海晶纯生化科技股份有限公司）；碳纳米管（MWNTs直径：20-40um，长度：5-15um，比表面积：90-120m2/g，深圳市纳米港有限公司），其他试剂均为市售。 真空干燥箱（DZF-6021）；数控超声波清洗器（KQ-100DE）；激光导热仪（德国耐驰LFA477）；核磁交联密度仪(IIC Innovative Imaging Corp. KG XLDS-15)。 1.2 基本配方 表1实验基本配方 原材料名称 用量/体积份数 硅橡胶 交联剂 催化剂 碳纳米管 100 变量 变量 变量 1.3 试样制备 将室温硫化硅橡胶溶于适量甲苯溶液中，依次加入交联剂、碳纳米管，催化剂，置于机械搅拌器中搅拌均匀后，抽真空，然后倒入聚四氟乙烯模具中，室温静置2d，然后用甲苯浸泡1h，以除去硅胶中杂质，干燥，得到试样。 1.4 测试与表征 （1）LFA测试：采用德国耐驰LFA477闪光导热仪，裁得直径为12.7mm的圆形薄片置于导热仪中测得试样的导热率。 （2）使用德国IIC Innovative Imaging Corp. KG公司生产的XLDS-15型橡胶交联密度分析仪测得试样的交联密度。 2结果与讨论 2.1交联剂与催化剂加入量对硅橡胶导热的影响 图1原硅酸乙酯加入量对硅橡胶热导率的影响 图1是采用控制变量法，固定二月桂酸二丁基锡加入量为体积份数1份（相对于硅橡胶加入量为100份而言，下文同此）不变，研究原硅酸乙酯不同填加份数的影响。图a表明交联剂加入量对硅胶导热率的影响，图b表明交联剂加入量对硅胶交联密度的影响。如图a所示，随交联剂加入量的增多，硅胶热导率先是呈上升趋势，且在加入量为4份时达到最高点，但是在超过4份以后，其热导率又开始下降，这是因为，随交联剂加入量的增多，硅橡胶交联密度提高（如图b所示），从而使硅胶内部网络结构更加完善，声子传播速度得到提高；但是在交联剂加入量达到一定程度时，其交联密度达到最高值，此时多余的交联剂分子不能完全去除，一部分成为杂质存在于硅胶内部网络中，破坏了声子的传播网络，对其传导造成阻碍，从而导致热导率下降。由上述曲线及分析可以确定，当交联剂加入量为4份，即交联剂：催化剂=4:1时，硅胶导热率最高。 图2交联剂与催化剂加入量对硅橡胶热导率的影响 图2两幅图是固定上文得出的交联剂与催化剂的最佳比例，然后改变二者加入量，研究其对硅胶热导率的影响。图a中横坐标是交联剂加入量，其与催化剂比例固定为4:1，由该图可以看出，随交联剂与催化剂加入量的增多，硅胶热导率先升高再降低，且当其加入份数分别为3.6份和0.9份时，热导率达到最高值，这是因为随二者加入量增多，硅胶交联密度提高，内部网络逐渐紧密，声子传播通道更加完善，所以热导率得以提高，而当二者加入量达到一定程度时，硅胶交联密度不再提高，而此时，多余的交联剂和催化剂分子不能完全去除，成为杂质，破坏了硅胶分子内部网络结构，阻碍声子传播，因而硅胶导热率又出现下降趋势。 图b是温度对不同硅胶试样热导率的影响。可以看出，无论交联剂与催化剂加入