炭黑-橡膠復(fù)合體系熱導(dǎo)率的實(shí)驗(yàn)及模型研究.pdf

1、橡膠復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能在其加工和使用過(guò)程中起著重要的作用，因此研究炭黑對(duì)橡膠復(fù)合材料熱導(dǎo)率的影響是非常重要的。本文對(duì)炭黑/橡膠復(fù)合體系的導(dǎo)熱規(guī)律進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究并初步探討了理論計(jì)算模型。 利用本課題組的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)配方，研究了N134、N234、N330、N375、N539和N660，6種不同粒徑和結(jié)構(gòu)性的炭黑對(duì)復(fù)合材料導(dǎo)熱性能的影響。通過(guò)改變炭黑在橡膠中的填充份數(shù)(10～125)，共設(shè)計(jì)了144個(gè)配方。運(yùn)用傳統(tǒng)的開(kāi)煉加工工藝進(jìn)行試樣制

2、作，利用NanoflashLFA447激光導(dǎo)熱儀測(cè)試了炭黑/橡膠復(fù)合體系在30℃～140℃的溫度范圍的熱導(dǎo)率。 通過(guò)整理分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得到了炭黑份數(shù)、粒徑、結(jié)構(gòu)性三種因素對(duì)炭黑/橡膠復(fù)合材料熱導(dǎo)率的影響。炭黑/橡膠復(fù)合材料熱導(dǎo)率隨著炭黑份數(shù)增加而增大；在填充份數(shù)相同的情況下，炭黑平均粒徑越小對(duì)復(fù)合材料導(dǎo)熱性能影響越大；在一定的填充體積分?jǐn)?shù)，炭黑結(jié)構(gòu)性越高，炭黑/橡膠復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能越好。 材料的微觀結(jié)構(gòu)與宏觀性質(zhì)聯(lián)系密

3、切。本文通過(guò)分別觀察低溫脆斷、拉伸斷裂和熱失重(TG)的掃描電鏡(SEM)試樣，獲得了炭黑粒子的微觀形態(tài)以及分布情況。結(jié)果表明炭黑在橡膠基體中均勻分散，并呈現(xiàn)橢球形態(tài)。為建立導(dǎo)熱理論模型和導(dǎo)熱計(jì)算方程提供了現(xiàn)實(shí)的依據(jù)。 在導(dǎo)熱理論模型和導(dǎo)熱計(jì)算方程的研究中，引入了熱電相似理論、混合物法則等。假設(shè)橡膠復(fù)合材料各向同性，炭黑均勻分散于其中，溫度成線性分布，得到了橢球理論導(dǎo)熱模型和導(dǎo)熱計(jì)算方程。橢球模型計(jì)算方程為：λc=[1/λm-3