导热硅橡胶的制备和性能研究

论文摘要

随着工业生产和科学技术的发展,人们对导热高分子复合材料的需求不断提高,而在众多的高分子材料中,硅橡胶具有优异的耐高低温、耐候、耐老化、电气绝缘等优点,其应用领域也越来越广,因此,导热硅橡胶复合材料的研究引起了人们广泛的重视。本文利用金属粉、金属氧化物和氮化物、石墨等为导热填料制备了一系列导热硅橡胶,并对他们的影响因素进行了分析；同时由于硅橡胶的力学相对较小,影响了其使用,提高硅橡胶的力学性能有很重要的意义,因此本文通过不同的乙烯基含量的生胶混用对硅橡胶的力学性能进行了探讨。分别以金属粉、石墨、金属氧化物、氮化物和碳化物为导热填料制备了导热硅橡胶。结果表明：以金属粉为导热填料制备的硅橡胶,虽然金属粉导热系数高,但是金属粉不容易分散,此外由于其密度大,必须要较大质量份的填充才能形成导热通路,因此复合材料的导热系数并不好。用金属粉填充制备的硅橡胶密度较大,同时由于硅橡胶和金属的相容性不好,使得力学下降较大；而以石墨为导热填料制备的导热复合材料,由于石墨独特的片层结构使其具有良好的导热性,且力学性能较好,但因其特殊的片层结构使其填充量相对较少；金属氧化物和氮化物、碳化物等虽然导热系数相对较小,但是球形颗粒易填充,同时可以对硅橡胶进行补强,但要达到较高导热系数所需的填充量较大,同样也降低硅橡胶的力学但影响相对较小。颗粒的形状对导热通路的形成有重要的影响。对于片状填料如石墨,其比较容易形成导热通路,填充量较少即可获得较高的导热系数,但是可填充量相对较小；而球形颗粒虽然填充量较低时对导热提高不明显,但是比较容易堆积,尤其可以使用大粒径和小粒径混用,填充量大,导热系数反而较高。硫化过程会降低复合材料的导热系数,这是由于在硫化过程中,连续相由导热填料转为高分子基体造成的；但是硫化后,随着交联密度的增加,导热系数会提高,但是提高不大,对于小分子量的生胶,若使用集中交联剂,可提高导热系数,因此集中交联对导热有促进作用。硅橡胶和填料之间的相互作用对导热有重要的影响,两者相互作用越强,导热系数较高,同时相互作用的增强还可以提高力学性能,因此填料的表面处理对导热和力学性能都非常重要,并且研究结果表明以乙醇为溶剂,利用偶联剂处理的填料导热性相对较好。在橡胶加工过程中的添加剂如增塑剂,表面活性剂等对硅橡胶的导热和力学性能有一定的影响。加入邻苯二甲酸二甲酯之后,对导热影响不大,伸长率、撕裂强度有了一定的提高,硬度有所降低。而加入表面活性剂后,导热系数、伸长率有了一定的提高,但是拉伸强度有所下降,而对硬度影响不大。在硫化过程中高分子基体会向表面迁移形成高分子层,对导热材料进行包覆,这会降低材料的导热系数,因此对橡胶表面进行处理可提高导热系数。将硅橡胶的表面进行打磨,去除高分子层可提高导热系数,但是其力学性能下降。用不同乙烯基含量的生胶混用来研究了乙烯基分布对硅橡胶力学性能的影响,发现不同乙烯基含量的生胶混用制备的硅橡胶有更大的拉伸模量和更高的撕裂强度,这是因为其交联方式为集中交联,而单乙烯基含量的生胶为平均交联；同时,不同乙烯基含量的生胶混用其交联密度比0.16%单乙烯基含量的生胶的交联密度要大,即能更好的交联；由动态力学测试表明,所有的样品具有不同的玻璃化转变温度,当乙烯基含量为0.04%和0.30%混用时,橡胶在低温下有更好的耐低温性能,这说明不同乙烯基含量的生胶混用可以降低橡胶的玻璃化转变温度,提高橡胶的耐低温性能；此外,乙烯基含量为0.04%和0.3%的生胶混用制备的硅橡胶具有最高的贮能模量和损耗模量。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 导热的基本理论
• 1.1.1 导热的定义
• 1.1.2 物质的导热机理
• 1.2 导热复合材料的研究进展
• 1.3 导热硅橡胶的研究
• 1.3.1 导热硅橡胶的研究进展
• 1.3.2 影响硅橡胶导热的因素
• 1.4 导热复合材料的理论研究
• 1.5 本论文的意义
• 参考文献
• 第二章 热导率测试方法
• 2.1 稳态测量法
• 2.2 动态（瞬时）测量法
• 参考文献
• 第三章 提高硅橡胶力学性能的研究
• 3.1 原材料
• 3.2 仪器
• 3.3 硅橡胶的制备
• 3.4 硅橡胶的基本配方
• 3.5 性能测试
• 3.5.1 力学性能的测试
• 3.5.2 交联密度的测试
• 3.5.3 橡胶粘弹性的测试
• 3.6 结果与讨论
• 3.6.1 力学性能
• 3.6.2 交联密度
• 3.6.3 动态力学性能
• 3.7 本章小结
• 参考文献
• 第四章 导热硅橡胶的制备和性能研究
• 4.1 以金属粉为导热填料制备导热硅橡胶
• 4.1.1 实验原料
• 4.1.2 制备方法
• 4.1.3 结果与讨论
• 4.1.4 本节小结
• 4.2 以金属氧化物、碳化硅等为导热填料制备导热硅橡胶
• 4.2.1 实验原料
• 4.2.2 制备方法
• 4.2.3 结果与讨论
• 4.2.4 本节小结
• 4.3 以石墨为导热填料制备导热硅橡胶
• 4.3.1 实验原料
• 4.3.2 制备方法
• 4.3.3 结果与讨论
• 4.3.4 本节小结
• 4.4 本章小结
• 参考文献
• 第五章 结论与展望
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的论文
• 学位论文评阅及答辩情况表