炭黑-橡膠復(fù)合體系熱導(dǎo)率的實驗及模型研究.pdf

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

2、作，利用NanoflashLFA447激光導(dǎo)熱儀測試了炭黑/橡膠復(fù)合體系在30℃～140℃的溫度范圍的熱導(dǎo)率。 通過整理分析實驗數(shù)據(jù)，得到了炭黑份數(shù)、粒徑、結(jié)構(gòu)性三種因素對炭黑/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)熱計算方程提供了現(xiàn)實的依據(jù)。 在導(dǎo)熱理論模型和導(dǎo)熱計算方程的研究中，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)熱計算方程。橢球模型計算方程為：λc=[1/λm-3