氧化鎂導(dǎo)熱粉體用量對(duì)導(dǎo)熱橡膠性能的影響

三元乙丙橡膠（EPDM）具有較好的熱穩(wěn)定性、耐熱老化性以及優(yōu)異的電絕緣性能等，某些物理機(jī)械性能也優(yōu)于硅橡膠，且價(jià)格低廉。但是EPDM的導(dǎo)熱率低，需要在其中添加導(dǎo)熱粉體才能實(shí)現(xiàn)高導(dǎo)熱。目前應(yīng)用于橡膠材料的導(dǎo)熱及絕緣性能良好的導(dǎo)熱粉體主要有氧化鋁﹑氧化鎂﹑碳納米管和碳纖維等。其中氧化鎂的導(dǎo)熱性能略優(yōu)于氧化鋁，其價(jià)格低于碳纖維﹑碳納米管等，是制備導(dǎo)熱橡膠的優(yōu)先填料之一。

本實(shí)驗(yàn)選用氧化鎂導(dǎo)熱粉體為導(dǎo)熱填料，EPDM為基體橡膠，研究了氧化鎂導(dǎo)熱粉體用量對(duì)EPDM導(dǎo)熱性能及物理機(jī)械性能的影響。

實(shí)驗(yàn)配方

基本配方（質(zhì)量份，下同）：EPDM 100，氧化鋅5，硬脂酸1，芳烴油10，N330炭黑55，交聯(lián)劑過氧化二異丙苯（DCP）35，促進(jìn)劑四甲基秋蘭姆二硫化物（TMTD）1，氧化鎂導(dǎo)熱粉體0~140。

將稱量好的EPDM放入開煉機(jī)中塑煉2~3min，依次加入氧化鋅、硬脂酸、氧化鎂、炭黑、芳烴油、促進(jìn)劑TMTD 、交聯(lián)劑DCP ，混煉均勻后取出，制得導(dǎo)熱橡膠。放置12h 后，在模具中制樣，置于平板硫化機(jī)中硫化，硫化條件為160℃×10MPa。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論

氧化鎂導(dǎo)熱粉體用量對(duì)EPDM硫化性能的影響

轉(zhuǎn)矩反映了膠料的剪切模量，其中最大轉(zhuǎn)矩（MH）反映硫化膠的最終硫化狀態(tài)。氧化鎂導(dǎo)熱粉體用量對(duì)EPDM硫化性能的影響見表1。

從表1可以看出，隨著氧化鎂導(dǎo)熱粉體用量的增加，MH逐漸增大。由于氧化鎂是無機(jī)填料，具有一定的表面能，與有機(jī)相相容性差，因此非常容易在橡膠中發(fā)生團(tuán)聚，且用量越大，團(tuán)聚現(xiàn)象越嚴(yán)重，從而越容易造成在橡膠中分散不均勻，阻礙了橡膠的硫化，導(dǎo)致硫化時(shí)間略有上升。當(dāng)氧化鎂用量為180份時(shí)，氧化鎂已經(jīng)不能全部加入到橡膠基體中；隨著MH的增大，MH－ML也隨之增大，交聯(lián)程度增大，橡膠的加工性能下降。

PS：要提高氧化鎂導(dǎo)熱粉體在橡膠中的分散性及填充量，有必要對(duì)粉體進(jìn)行表面改性，降低粉體表面能，提高粉體與有機(jī)相的相容性，使粉體能均勻分散在橡膠中，易加工。金戈新材在粉體表面改性方面已有20+年的豐富經(jīng)驗(yàn)，歡迎大家致電咨詢。

氧化鎂導(dǎo)熱粉體用量對(duì)EPDM力學(xué)性能的影響

氧化鎂導(dǎo)熱粉體加入到EPDM中必然會(huì)影響其拉伸強(qiáng)度、硬度等力學(xué)性能，表2為不同氧化鎂用量的EPDM力學(xué)性能參數(shù)。

從表2可以看出，隨著氧化鎂導(dǎo)熱粉體用量的增大，拉伸強(qiáng)度逐漸減小，斷裂伸長(zhǎng)率和拉斷永久變形均是先增大后減小，硬度逐漸變大。這是因?yàn)檠趸V的比表面積和表面能大，在橡膠中容易團(tuán)聚，在非極性介質(zhì)中不易分散，易造成界面缺陷，因此會(huì)導(dǎo)致材料的相關(guān)力學(xué)性能下降。同時(shí)氧化鎂也會(huì)起到活性劑與促進(jìn)劑的作用，加速促進(jìn)劑的分解，但是由于Mg²⁺無空軌道，離子半徑小，極化能力較弱，阻礙鋅鹽絡(luò)合物的作用，改變了交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中長(zhǎng)短鏈數(shù)目之比，從而使橡膠的力學(xué)性能下降。

氧化鎂導(dǎo)熱粉體用量對(duì)EPDM導(dǎo)熱性能影響

氧化鎂導(dǎo)熱系數(shù)36W/m·K，填充適量到EPDM中可提升橡膠導(dǎo)熱性能。圖1是氧化鎂導(dǎo)熱粉體用量對(duì)EPDM導(dǎo)熱性能的影響。 

從圖1可以看出，隨著氧化鎂導(dǎo)熱粉體用量的增大，橡膠的導(dǎo)熱系數(shù)從0.337W/m·K增大至0.776W/m·K 。當(dāng)氧化鎂導(dǎo)熱粉體用量在0~80份時(shí)，導(dǎo)熱系數(shù)上升較快，80份的時(shí)候上升幅度最大，說明在80份的時(shí)候形成了導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)，熱導(dǎo)率急劇增加，而氧化鎂導(dǎo)熱粉體用量為80~140份時(shí)則上升趨勢(shì)較為平緩。這是因?yàn)?/span>在導(dǎo)熱復(fù)合材料中，當(dāng)填料含量較少時(shí)，粒子之間未能形成相互接觸和作用，填料對(duì)體系的導(dǎo)熱性能貢獻(xiàn)不大，復(fù)合材料的熱導(dǎo)率不理想; 當(dāng)填料的添加量達(dá)到某一臨界值時(shí)，填料間接觸增多，體系內(nèi)形成了大量類似網(wǎng)狀或鏈狀結(jié)構(gòu)形態(tài)，即導(dǎo)熱網(wǎng)鏈，使得復(fù)合材料的熱導(dǎo)率大大提高。

氧化鎂導(dǎo)熱粉體用量對(duì)EPDM熱穩(wěn)定性的影響

由于一般導(dǎo)熱橡膠的使用溫度較高，因此研究導(dǎo)熱橡膠高溫下的穩(wěn)定性非常重要。圖2為4種氧化鎂用量的導(dǎo)熱橡膠的熱失重圖。

從圖2可以看出，隨著氧化鎂導(dǎo)熱粉體用量的增加，體系熱失重逐漸減小，分解溫度逐漸提高。這是因?yàn)檠趸V的分解溫度高，比熱容大，在高溫下填料會(huì)比基體吸收更多的熱量，使得基體的分解溫度提高，延遲了體系最大分解速率時(shí)的溫度；同時(shí)，添加的氧化鎂導(dǎo)熱粉體會(huì)使EPDM形成物理和化學(xué)交聯(lián)點(diǎn)，使得分子間作用力增大，因此提高了體系的熱穩(wěn)定性。

綜上，填充氧化鎂導(dǎo)熱粉體到EPDM中，將大幅度提高EPDM的導(dǎo)熱效率，可以制備出綜合性能優(yōu)異的導(dǎo)熱橡膠。