三氧化二铝（VK-L04）对导热硅橡胶性能的影响

三氧化二铝（VK-L04）对导热硅橡胶性能的影响

1，试样制备

基本配方(质量份，下同)为硅橡胶100，白炭黑30，2，5-二甲基-2，5二叔丁基过氧化己烷0.5-1.0，羟基硅油1，三氧化二铝（VK-L04）变量。

2, 测试结果分析

2.1微米三氧化二铝用量对硅橡胶导热性能的影响

   微米三氧化二铝，粒子的导热系数比纯硅橡胶大得多，填充微米三氧化二铝，粒子可大幅度提高硅橡胶体系的导热性能。

由图1(略)可以看出，硅橡胶的导热系数随微米三氧化二铝填充量的增加而升高。当微米三氧化二铝）填充量低于80份时，硅橡胶的导热系数升高幅度缓慢，随后迅速增加；当微米三氧化二铝填充量超过120份后，硅橡胶的导热系数升高幅度趋缓；当微米三氧化二铝填充量超过280份后，硅橡胶的导热系数升高幅度又加大。微米三氧化二铝填充量低于80份时，粒子被硅橡胶包覆，彼此间相互孤立，起不到导热作用；随微米三氧化二铝粒子量的增加，粒子堆积越来越紧密，粒子间的传热比率增大，传热速率加快，导致硅橡胶的导热系数明显增大；当微米三氧化二铝填充量为120-280份时，粒子彼此间大部分已搭接连通，新的导热通路增加不明显，微米三氧化二铝用量的影响已不起主要作用，此时粒子间的堆积方式、硅橡胶与粒子间界面作用的影响相对加大，因而硅橡胶的导热系数增加幅度相对减缓；当微米三氧化二铝填充量超过280份后，三氧化二铝粒子在硅橡胶中的分布趋于紧密，每个粒子周围逐渐被其他的粒子包围，粒子间传热比率进一步增大，传热速率急剧加快，所以硅橡胶的导热系数迅速升高。因此，增加微米三氧化二铝填充量以减少橡胶与橡胶间传热是提高硅橡胶导热性能的主要手段。

但从加工性能的角度来看，当微米三氧化二铝填充量小于220份时，材料的加工性能较好，超过此值后胶料的黏度变大，混炼和硫化成形都很困难，且胶料的力学性能极差，故微米三氧化二铝填充量不宜超过220份

2.2  微米三氧化二铝粒径对硅橡胶性能的影响

2.2.1  导热性能

  由图2(略)可见，当微米三氧化二铝填充量低于100份时，在相同填充量下大粒径三氧化二铝填充硅橡胶的导热性能优于小粒径三氧化二铝填充硅橡胶。这是因为小粒径三氧化二铝与硅橡胶接触的表面积更大，受到相应的传热阻力也更大，所以大粒径三氧化二铝的填充效果优于小粒径三氧化二铝。当微米三氧化二铝填充量超过100份后，5μm 三氧化二铝填充硅橡胶的导热性能优于50μm 三氧化二铝填充硅橡胶，0.5μm三氧化二铝填充硅橡胶的导热性能始终低于5.50μm三氧化二铝2种粒子填充硅橡胶。

  从图2(略)还可以看出，纳米三氧化二铝（VK-L04）填充硅橡胶的导热性能明显优于微米三氧化二铝填充硅橡胶，这是由于一方面相同质量的纳米三氧化二铝粒子体积分数大于微米三氧化二铝粒子体积分数，易于形成有效的导热网络，另外，纳米三氧化二铝（VK-L04）的导热系数远高于微米三氧化二铝。然而，在较低用量下，纳米三氧化二铝的填充效果未表现出明显的优势，这是由于三氧化二铝填充量较低时，橡胶中大部分三氧化二铝粒子之间不是紧密接触，少数粒子可能被橡胶所包覆，纳米粒子粒径极小，与橡胶接触的表面积很大，故热阻也大。当纳米三氧化二铝填充量超过160份时，每个纳米三氧化二铝粒子周围都被其他纳米三氧化二铝粒子包围，故纳米三氧化二铝（VK-L04）填充硅橡胶的导热性能比微米三氧化二铝填充硅橡胶好得多。当纳米三氧化二铝（VK-L04）填充量为180份时，填充硅橡胶的导热系数比微米三氧化二铝填充硅橡胶提高了0.4 W/(m•K)。因此，对于不同粒径的-三氧化二铝而言，在体系内部形成有效的导热网络是提高硅橡胶导热性能的关键所在。

2.2.2  力学性能

  从表1可以看出，三氧化二铝在相同用量下，随着粒径的增大，填充硅橡胶的拉伸强度、扯断伸长率降低，而邵尔A硬度的变化不显著，纳米三氧化二铝（VK-L04）填充硅橡胶的邵尔A硬度高于微米三氧化二铝填充硅橡胶，这说明小粒径三氧化二铝填充硅橡胶的力学性能优于大粒径三氧化二铝填充硅橡胶。这是由于小粒子三氧化二铝比表面积大，和硅橡胶相互接触的界面大，在受到外力时需要更多外界破坏能。然而，大粒径三氧化二铝填充橡胶的黏度较小，加工性能较好。

2.3  混合粒子对硅橡胶性能的影响

 从架桥的观点来看，混合填充可以使小粒径与大粒径导热粒子形成比较紧密的堆积，有利于形成更有效的导热网络。

 由表2可见，与单一微米粒径的三氧化二铝填充硅橡胶相比，在高填充量(180份)下，不同粒径的三氧化二铝混合填充硅橡胶的导热性能更好。当50,5，0.5μm与50nm的三氧化二铝分别按质量比为3：4：1：1，2：5：1：1，2：6：0：1，1：5：1：2混合填充硅橡胶的导热系数较大，且拉伸强度也高于单一微米粒子填充硅橡胶，其中当不同粒径三氧化二铝以质量比为2：5：1：1混合填充硅橡胶的导热系数高达1.45 W/(m•K)，大于纳米三氧化二铝填充硅橡胶[1.38 W/(m•K)]；以1：5：1：2混合填充硅橡胶的导热系数和纳米三氧化二铝填充硅橡胶相同。这是因为不同粒径的三氧化二铝混合填充硅橡胶时，小粒子能有效地进入大粒子间隙中，粒子间相互接触点急剧增加，在橡胶内部形成更为紧密的堆积，使内部有效导热网链密度增加，从而提高了硅橡胶的导热性能和拉伸性能。

3  结论

 a)硅橡胶的导热系数随微米三氧化二铝填充量的增加而升高，但微米三氧化二铝填充量过大时，硅橡胶的黏度变大，力学性能和加工性能变差，最大填充量不宜超过220份。

b)在微米三氧化二铝，填充量小于100份时，大粒径填充硅橡胶的导热性能优于小粒径填充硅橡胶；当微米三氧化二铝填充量超过100份后，5μm三氧化二铝填充硅橡胶的导热性能优于50μm三氧化二铝填充硅橡胶，0.5μm三氧化二铝填充硅橡胶的导热性能始终低于5,50μm 三氧化二铝 2种粒子填充硅橡胶；纳米三氧化二铝（VK-L04）填充硅橡胶的导热性能明显优于微米Al2O填充硅橡胶。

c)相同用量下，小粒径三氧化二铝填充硅橡胶的力学性能优于大粒径三氧化二铝填充硅橡胶。

d)在高填充量(180份)下，当50，5，0.5μm与50 nm的三氧化二铝分别按质量比为3：4：1：1，2：5：1：1，2：6：0：1，1：5：1：2混合填充硅橡胶的导热系数较大，均大于单一微米粒子填充硅橡胶，且前者的拉伸强度也高于后者，不同粒径的三氧化二铝以质量比为2：5：1：1混合填充硅橡胶的导热系数高达1.45 W/(m•K)。

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