橡胶导热配方的设计与应用研究-工程.doc

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1、橡胶导热配方的设计与应用研究论文关键词：橡胶导热助剂导热配方热扩散系数论文摘要：本工作探讨了不同橡胶填充剂的导热机理，并通过对不同橡胶填充剂导热性能的比较研究，优选出了比较理想的橡胶补强导热助剂。本工作在优选出导热助剂的基础上进行了橡胶导热配方的研究，得到了比较理想的导热橡胶配方。本工作表明，应用了导热配方的硫化橡胶传热速度明显加快，特别是应用了导热增强剂的成品水胎传热效率明显提高，实际测温数据表明，同条件硫化时，温度提高5°C-10°C,从而大大提高了硫化效率降低了能耗。随着橡胶应用领域的扩展，各种特殊用途的橡胶制品被不断开发与应用，特别是高导热橡胶

2、配方正在被越来越多用户和产品开发人员所关注。由于橡胶是热量的不良导体，因硫化橡胶滞后损失及摩擦产生的高温成为橡胶制品使用寿命和使用安全性的瓶颈，同样，因橡胶的高热阻，使得橡胶制品在生产过程中具有硫化时间长、制品表面与内部性能差异大（表面过硫内部欠硫所致）、硫化能耗高等缺点。为克服橡胶制品在硫化或使用过程中产生的高温使橡胶分子链降解和硫化返原的不足，橡胶助剂生产研究企业开发了品种繁多的硫化抗还原剂，以期通过加入抗还原剂的方法，减缓橡胶制品在经受高温时的性能损失，延长使用寿命，（具有代表性的抗还原剂如flexsys的Perkalink900）。但从目前使用

3、的效果看，抗还原剂的开发与应用并未给橡胶制品使用性能带来特别明显的影响，因此，有必要通过其它途经的研究，来提高橡胶制品的使用性能。本工作通过对橡胶导热配方的研究，期望能找到具有较高导热性能的橡胶助剂，并设计出具有应用价值的橡胶导热配方，使硫化橡胶能主动地将使用过程中产生的热量从制品内部引导到制品的表面散发，借此以降低橡胶制品内部的使用温度，从而达到延长橡胶制品使用寿命提高橡胶制品使用安全性的目的；同时，本工作也冀望橡胶导热配方能提高橡胶制品在硫化过程中的传热速度，进而缩短硫化时间，提高硫化效率，降低能耗。1.实验1・1试验仪器与设备XK-160开炼机，

4、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no春江化工有限公司产品；TE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常用的橡胶填料根据其形状，可分为粉状、纤维状及

5、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等人提岀，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：lgX=(pC21gX2+(l-cp)lg(ClXl),式中，入为复合材料的导热系数，A1和入2分别为聚合物和填料的导热系数，cp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。l'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，对复合材料导热性的影响越大，

6、C2就越接近lo(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：lgX=cp[Clg(L/D)+E]lgX2+(1-cp)lg(ClXl),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：A/X1=l+cp/[S(l-cp)+Al/(X2-Xl)],式中，S依赖于导热系数测量的方向：当

7、沿平面测量材料的导热系数时，S=7id/4X;当测量厚度方向上的导热系数时，S=l-;id/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

8、能对温度的变化有依赖性，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