橡胶导热配方设计论文.doc

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1、橡胶导热配方设计论文1．实验1．1试验仪器与设备XK-160开炼机，湖州橡机厂产品；F370密炼机，大连冰山橡塑股份有限公司产品；C200E硫化仪，北京友深电子仪器厂产品；50T平板硫化机，湖州橡机厂产品；电子拉力机，广西师大产品。1．2原材料与试验配方NR，国产；SBR1500，吉化公司产品；BR9000，上海高桥石化公司产品；N330炭黑，上海卡博特炭黑厂产品；N220炭黑，富春江化工有限公司产品；TB系列导热增强剂，大连天宝化学工业有限公司产品；微晶石墨，湖南郴州石墨厂产品；其余材料均为正常市购原材料。表一试验配方之一２结果与讨论2.1填充型硫化橡胶热传导机理探讨

2、常用的橡胶填料根据其形状,可分为粉状、纤维状及片状，其硫化橡胶的导热模型依其形状可分为三种：（1）粉状填料体系模型：该模型由AgariY等人提出，它适用于粉状的高填充量的填料体系，其原理为粒子间彼此接触发生团聚甚至形成导热链。该模型不仅考虑了填料本身的因素也考虑了聚合物的影响。表达公式为：lgλ=φC2lgλ2+(1-φ)lg(C1λ1)，式中，λ为复合材料的导热系数，λ1和λ2分别为聚合物和填料的导热系数，φ为填料的体积分数，C1为影响结晶度和聚合物结晶尺寸的因子，C2为形成粒子导热链的自由因子。1≥C2≥0，它体现了形成导热链的难易程序。粒子越容易形成导热链，对复合

3、材料导热性的影响越大，C2就越接近1。（2）纤维状填料模型：该模型也由AgariY等人提出，适用于纤维状的填料体系。该模型在研究碳纤维填充聚乙烯复合材料的导热性时，得到了进一步完善，使其能够应用于各种长径比纤维充复合材料导热系数的预测。公式如下：6lgλ=φ[Clg(L/D)+E]lgλ2+（1-φ）lg(C1λ1)，式中，L/D为纤维长径比，C和E是与纤维种类和分散体系种类有关的常数。（3）片状填料模型：该模型由HattaH等人提出，可预测片状填料复合材料的导热性，公式为：λ/λ1＝1+φ/[S(1-φ)+λ1/(λ2-λ1)]，式中，S依赖于导热系数测量的方向：当沿

4、平面测量材料的导热系数时，S＝πd/4X；当测量厚度方向上的导热系数时，S＝1-πd/2X(d为片状填料的有效直径，X为片状填料的厚度)根据硫化橡胶的三种导热模型，我们可以认为，填料自身的导热性能及其在基体中的分布形式决定了橡胶制品的导热性能，而橡胶基本材料的导热性能也有着不可忽视的影响。选择适当的填料和适宜的工艺是制取高性能导热橡胶的关键。一般而言，橡胶基体中基本上没有热传递所需要的均一致密的有序晶体结构或载荷子，导热性能较差。作为非晶体的橡胶的导热机理是依靠无规排列的分子或原子围绕某一固定位置的热振动，将能量依次传给相邻的分子或原子。其导热性能对温度的变化有依赖性，

5、随着温度升高，可以发生更大基团或链节的振动，导热性增强。另外，橡胶基体的导热性还取决于分子内部的结合紧密程度，除了本身结合紧密外，也可用外界的定向拉伸或模压提高导热性。橡胶基体的导热性也随其相对分子质量、交联度和取向度的增大而增强。BhowmickT研究了6种线形弹性体的导热性与温度的关系，结果表明，在60-300K范围内，它们的导热系数随着温度的升高而增大，在玻璃化温度附近达到最大值后下降，在290K时达到平衡。橡胶重复单元上侧基的相对分子质量越大，其导热系数越大，反之则越小。由于橡胶基体的导热性能较差，因此，导热橡胶配方的研究也主要集中在导热填充体系的研究上，这也是

6、本工作的主要内容。2．2不同填充剂对橡胶基方物理机械性能和导热性能的影响6导热复合橡胶的导热性能最终由橡胶基体和填料的综合作用决定。无论是粒子还是纤维形式，填料自身的导热性都远大于基体材料。当填充量较小时，填料粒子能够均匀地分散在体系中，之间没有接触和相互作用，此时填料对于整个体系的导热性贡献不大。当填充量达到一定数值时，填料粒子之间开始有了相互作用，在体系中形成了类似链状和网状的形态，称为导热网链。这些导热网链的取向与热流方向平行时，能在很大程度上提高体系的导热性。这类似于一个简单的电路，当两个不同阻值的电阻并联在一起时，在一定的电压下，阻值越小的电阻对于电路中总电流

7、的贡献越大。体系中基体和填料可以分别看作为两个热阻，显然基体本身的导热性很差，相应的热阻就很大，而填料自身的热阻非常小。但是体系中如果在热流方向上未形成导热网链，使得基体热阻和填料热阻之间是串联关系，则在热流方向上的总热阻很大，最终导致体系的导热性较差。而当热流方向上形成导热网链后，填料形成的热阻大大减小，基体热阻和填料热阻之间有了并联关系，这样导热网链对于整个体系导热性起了主导作用而大大提高了体系的导热性。为获得高导热性体系，如何利用各种手段以使体系中的导热网链最大程度地形成从而达到有效热传导是应考虑的关键问题。填料导热能力取决于填料最