杭州萬景材料有限公司

1，試樣制備
基本配方(質(zhì)量份，下同)為硅橡膠100，白炭黑30，2，5-二甲基-2，5二叔丁基過氧化己烷0.5-1.0，羥基硅油1，三氧化二鋁（VK-L04）變量。
2, 測試結(jié)果分析
2.1微米三氧化二鋁用量對硅橡膠導(dǎo)熱性能的影響
   微米三氧化二鋁，粒子的導(dǎo)熱系數(shù)比純硅橡膠大得多，填充微米三氧化二鋁，粒子可大幅度提高硅橡膠體系的導(dǎo)熱性能。
由圖1(略)可以看出，硅橡膠的導(dǎo)熱系數(shù)隨微米三氧化二鋁填充量的增加而升高。當(dāng)微米三氧化二鋁）填充量低于80份時(shí)，硅橡膠的導(dǎo)熱系數(shù)升高幅度緩慢，隨后迅速增加；當(dāng)微米三氧化二鋁填充量超過120份后，硅橡膠的導(dǎo)熱系數(shù)升高幅度趨緩；當(dāng)微米三氧化二鋁填充量超過280份后，硅橡膠的導(dǎo)熱系數(shù)升高幅度又加大。微米三氧化二鋁填充量低于80份時(shí)，粒子被硅橡膠包覆，彼此間相互孤立，起不到導(dǎo)熱作用；隨微米三氧化二鋁粒子量的增加，粒子堆積越來越緊密，粒子間的傳熱比率增大，傳熱速率加快，導(dǎo)致硅橡膠的導(dǎo)熱系數(shù)明顯增大；當(dāng)微米三氧化二鋁填充量為120-280份時(shí)，粒子彼此間大部分已搭接連通，新的導(dǎo)熱通路增加不明顯，微米三氧化二鋁用量的影響已不起主要作用，此時(shí)粒子間的堆積方式、硅橡膠與粒子間界面作用的影響相對加大，因而硅橡膠的導(dǎo)熱系數(shù)增加幅度相對減緩；當(dāng)微米三氧化二鋁填充量超過280份后，三氧化二鋁粒子在硅橡膠中的分布趨于緊密，每個(gè)粒子周圍逐漸被其他的粒子包圍，粒子間傳熱比率進(jìn)一步增大，傳熱速率急劇加快，所以硅橡膠的導(dǎo)熱系數(shù)迅速升高。因此，增加微米三氧化二鋁填充量以減少橡膠與橡膠間傳熱是提高硅橡膠導(dǎo)熱性能的主要手段。
但從加工性能的角度來看，當(dāng)微米三氧化二鋁填充量小于220份時(shí)，材料的加工性能較好，超過此值后膠料的黏度變大，混煉和硫化成形都很困難，且膠料的力學(xué)性能極差，故微米三氧化二鋁填充量不宜超過220份
2.2  微米三氧化二鋁粒徑對硅橡膠性能的影響
2.2.1  導(dǎo)熱性能
  由圖2(略)可見，當(dāng)微米三氧化二鋁填充量低于100份時(shí)，在相同填充量下大粒徑三氧化二鋁填充硅橡膠的導(dǎo)熱性能優(yōu)于小粒徑三氧化二鋁填充硅橡膠。這是因?yàn)樾×饺趸X與硅橡膠接觸的表面積更大，受到相應(yīng)的傳熱阻力也更大，所以大粒徑三氧化二鋁的填充效果優(yōu)于小粒徑三氧化二鋁。當(dāng)微米三氧化二鋁填充量超過100份后，5μm 三氧化二鋁填充硅橡膠的導(dǎo)熱性能優(yōu)于50μm 三氧化二鋁填充硅橡膠，0.5μm三氧化二鋁填充硅橡膠的導(dǎo)熱性能始終低于5.50μm三氧化二鋁2種粒子填充硅橡膠。
  從圖2(略)還可以看出，納米三氧化二鋁（VK-L04）填充硅橡膠的導(dǎo)熱性能明顯優(yōu)于微米三氧化二鋁填充硅橡膠，這是由于一方面相同質(zhì)量的納米三氧化二鋁粒子體積分?jǐn)?shù)大于微米三氧化二鋁粒子體積分?jǐn)?shù)，易于形成有效的導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)，另外，納米三氧化二鋁（VK-L04）的導(dǎo)熱系數(shù)遠(yuǎn)高于微米三氧化二鋁。然而，在較低用量下，納米三氧化二鋁的填充效果未表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢，這是由于三氧化二鋁填充量較低時(shí)，橡膠中大部分三氧化二鋁粒子之間不是緊密接觸，少數(shù)粒子可能被橡膠所包覆，納米粒子粒徑極小，與橡膠接觸的表面積很大，故熱阻也大。當(dāng)納米三氧化二鋁填充量超過160份時(shí)，每個(gè)納米三氧化二鋁粒子周圍都被其他納米三氧化二鋁粒子包圍，故納米三氧化二鋁（VK-L04）填充硅橡膠的導(dǎo)熱性能比微米三氧化二鋁填充硅橡膠好得多。當(dāng)納米三氧化二鋁（VK-L04）填充量為180份時(shí)，填充硅橡膠的導(dǎo)熱系數(shù)比微米三氧化二鋁填充硅橡膠提高了0.4 W/(m?K)。因此，對于不同粒徑的-三氧化二鋁而言，在體系內(nèi)部形成有效的導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)是提高硅橡膠導(dǎo)熱性能的關(guān)鍵所在。
2.2.2  力學(xué)性能
  從表1可以看出，三氧化二鋁在相同用量下，隨著粒徑的增大，填充硅橡膠的拉伸強(qiáng)度、扯斷伸長率降低，而邵爾A硬度的變化不顯著，納米三氧化二鋁（VK-L04）填充硅橡膠的邵爾A硬度高于微米三氧化二鋁填充硅橡膠，這說明小粒徑三氧化二鋁填充硅橡膠的力學(xué)性能優(yōu)于大粒徑三氧化二鋁填充硅橡膠。這是由于小粒子三氧化二鋁比表面積大，和硅橡膠相互接觸的界面大，在受到外力時(shí)需要更多外界破壞能。然而，大粒徑三氧化二鋁填充橡膠的黏度較小，加工性能較好。
2.3  混合粒子對硅橡膠性能的影響
 從架橋的觀點(diǎn)來看，混合填充可以使小粒徑與大粒徑導(dǎo)熱粒子形成比較緊密的堆積，有利于形成更有效的導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)。
 由表2可見，與單一微米粒徑的三氧化二鋁填充硅橡膠相比，在高填充量(180份)下，不同粒徑的三氧化二鋁混合填充硅橡膠的導(dǎo)熱性能更好。當(dāng)50,5，0.5μm與50nm的三氧化二鋁分別按質(zhì)量比為3：4：1：1，2：5：1：1，2：6：0：1，1：5：1：2混合填充硅橡膠的導(dǎo)熱系數(shù)較大，且拉伸強(qiáng)度也高于單一微米粒子填充硅橡膠，其中當(dāng)不同粒徑三氧化二鋁以質(zhì)量比為2：5：1：1混合填充硅橡膠的導(dǎo)熱系數(shù)高達(dá)1.45 W/(m?K)，大于納米三氧化二鋁填充硅橡膠[1.38 W/(m?K)]；以1：5：1：2混合填充硅橡膠的導(dǎo)熱系數(shù)和納米三氧化二鋁填充硅橡膠相同。這是因?yàn)椴煌降娜趸X混合填充硅橡膠時(shí)，小粒子能有效地進(jìn)入大粒子間隙中，粒子間相互接觸點(diǎn)急劇增加，在橡膠內(nèi)部形成更為緊密的堆積，使內(nèi)部有效導(dǎo)熱網(wǎng)鏈密度增加，從而提高了硅橡膠的導(dǎo)熱性能和拉伸性能。
3  結(jié)論
 a)硅橡膠的導(dǎo)熱系數(shù)隨微米三氧化二鋁填充量的增加而升高，但微米三氧化二鋁填充量過大時(shí)，硅橡膠的黏度變大，力學(xué)性能和加工性能變差，最大填充量不宜超過220份。
b)在微米三氧化二鋁，填充量小于100份時(shí)，大粒徑填充硅橡膠的導(dǎo)熱性能優(yōu)于小粒徑填充硅橡膠；當(dāng)微米三氧化二鋁填充量超過100份