以乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）作為基體樹脂,制備短切碳纖維（SCF）含量為10%的EVA/SCF導(dǎo)熱復(fù)合材料,并對(duì)工藝條件進(jìn)行優(yōu)化以提升制品的導(dǎo)熱性能。分別研究了在密煉過程中,密煉轉(zhuǎn)速和密煉溫度對(duì)復(fù)合材料導(dǎo)熱性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,當(dāng)密煉轉(zhuǎn)速和密煉溫度分別為30 r/min和130℃時(shí),材料的熱導(dǎo)率為2.39 W/（m·K）。復(fù)合材料內(nèi)大部分碳纖維的長(zhǎng)度較長(zhǎng),在聚合物基體中分布不均,僅能在局部區(qū)域形成網(wǎng)絡(luò)。隨著密煉轉(zhuǎn)速的增加,纖維長(zhǎng)度逐漸變短,易于在復(fù)合材料內(nèi)的大部分區(qū)域形成導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)密煉轉(zhuǎn)速為40 r/min時(shí),制品熱導(dǎo)率可達(dá)到2.47 W/（m·K）。雖然,繼續(xù)提升密煉轉(zhuǎn)速能夠使碳纖維在聚合物中的分布更加均勻,但由于纖維長(zhǎng)度過短不利于導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)的形成,反而會(huì)導(dǎo)致制品熱導(dǎo)率下降。經(jīng)過進(jìn)一步對(duì)密煉溫度進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn),在40 r/min的密煉轉(zhuǎn)速下,更高的密煉溫度能夠有效改善SCF與基體EVA的界面結(jié)合效果,使制品的熱導(dǎo)率由密煉溫度80℃時(shí)的1.65 W/（m·K）大幅提升至密煉溫度140℃時(shí)的2.48 W/（m·K）。 

【文章來源】：塑料. 2020,49(04)北大核心CSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：5 頁(yè)

【部分圖文】：

不同密煉轉(zhuǎn)速下，碳纖維長(zhǎng)度的分布

利用S-4700場(chǎng)發(fā)射型SEM對(duì)復(fù)合材料的斷面進(jìn)行觀察，當(dāng)放大倍數(shù)為300倍時(shí)，不同工藝條件下的復(fù)合材料斷面觀察結(jié)果如圖2所示。影響復(fù)合材料電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率的主要因素為碳纖維的長(zhǎng)度和碳纖維在聚合物基體中分布的均勻性。較長(zhǎng)的碳纖維更容易在聚合物基體中形成網(wǎng)絡(luò)，且其在聚合物基體中分布的均勻性有助于提高復(fù)合材料的熱導(dǎo)率。碳纖維在密煉的過程中，由于受到轉(zhuǎn)子與基體黏度的剪切作用，長(zhǎng)度不斷減小，從圖2脆斷面SEM圖中可以看出，在低轉(zhuǎn)速時(shí)，大部分碳纖維的長(zhǎng)度較長(zhǎng)，導(dǎo)致纖維數(shù)量相對(duì)較少，因此，纖維之間的距離也較大，并且，碳纖維在聚合物基體中分布也較為不均，導(dǎo)致碳纖維在局部區(qū)域形成網(wǎng)絡(luò)。隨著密煉轉(zhuǎn)速不斷增加，纖維長(zhǎng)度逐漸變短，纖維數(shù)量增多，纖維之間的間距減小，其在聚合物的大部分區(qū)域均形成了網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到70 r/min時(shí)，雖然纖維在聚合物中分布較為均勻，但纖維長(zhǎng)度過短，不易形成導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)且纖維之間的搭接存在過多的界面熱阻，熱量在傳遞過程中損失增加，熱導(dǎo)率降低。

圖3為不同密煉機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)，復(fù)合材料導(dǎo)熱性能的測(cè)試結(jié)果。圖3a中熱源溫度為未加EVA/SCF復(fù)合材料時(shí)，陶瓷加熱片的溫度，其它為添加復(fù)合材料時(shí)陶瓷加熱片的溫度，圖3b為添加復(fù)合材料與未添加復(fù)合材料陶瓷加熱片的溫差。導(dǎo)熱效果越好，陶瓷加熱片溫度越低，陶瓷加熱片溫差越大。由圖3a可知，加入SCF的復(fù)合材料對(duì)陶瓷加熱片降溫效果顯著。當(dāng)轉(zhuǎn)速為40 r/min時(shí)，EVA/SCF使陶瓷加熱片的溫度降低了10.72℃。對(duì)于相同加工溫度(130℃)的復(fù)合材料，隨著加工轉(zhuǎn)速的升高，陶瓷加熱片最終所達(dá)到的溫度也逐漸升高。當(dāng)轉(zhuǎn)速為70 r/min時(shí)，復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能最差，這主要由于，高轉(zhuǎn)速下的纖維長(zhǎng)度過短，不易形成導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)，且存在更多的熱阻界面，增加了熱量在傳遞過程中的損失，導(dǎo)致熱導(dǎo)率降低。研究表明，當(dāng)碳纖維長(zhǎng)度大于0.20 mm時(shí)，導(dǎo)熱性能較好。隨著轉(zhuǎn)速不斷增大，復(fù)合片材的降溫效果逐漸下降，轉(zhuǎn)速為40 r/min與70 r/min，兩者溫差約為3.90℃。


本文編號(hào)：3146178