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導熱復合材料,并對工藝條件進行優(yōu)化以提升制品的導熱性能。分別研究了在密煉過程中,密煉轉速和密煉溫度對復合材料導熱性能的影響。實驗結果表明,當密煉轉速和密煉溫度分別為30 r/min和130℃時,材料的熱導率為2.39 W/（m·K）。復合材料內大部分碳纖維的長度較長,在聚合物基體中分布不均,僅能在局部區(qū)域形成網(wǎng)絡。隨著密煉轉速的增加,纖維長度逐漸變短,易于在復合材料內的大部分區(qū)域形成導熱網(wǎng)絡。當密煉轉速為40 r/min時,制品熱導率可達到2.47 W/（m·K）。雖然,繼續(xù)提升密煉轉速能夠使碳纖維在聚合物中的分布更加均勻,但由于纖維長度過短不利于導熱網(wǎng)絡的形成,反而會導致制品熱導率下降。經(jīng)過進一步對密煉溫度進行研究發(fā)現(xiàn),在40 r/min的密煉轉速下,更高的密煉溫度能夠有效改善SCF與基體EVA的界面結合效果,使制品的熱導率由密煉溫度80℃時的1.65 W/（m·K）大幅提升至密煉溫度140℃時的2.48 W/（m·K）。 

【文章來源】：塑料. 2020,49(04)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

不同密煉轉速下，碳纖維長度的分布

利用S-4700場發(fā)射型SEM對復合材料的斷面進行觀察，當放大倍數(shù)為300倍時，不同工藝條件下的復合材料斷面觀察結果如圖2所示。影響復合材料電導率和熱導率的主要因素為碳纖維的長度和碳纖維在聚合物基體中分布的均勻性。較長的碳纖維更容易在聚合物基體中形成網(wǎng)絡，且其在聚合物基體中分布的均勻性有助于提高復合材料的熱導率。碳纖維在密煉的過程中，由于受到轉子與基體黏度的剪切作用，長度不斷減小，從圖2脆斷面SEM圖中可以看出，在低轉速時，大部分碳纖維的長度較長，導致纖維數(shù)量相對較少，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，導致碳纖維在局部區(qū)域形成網(wǎng)絡。隨著密煉轉速不斷增加，纖維長度逐漸變短，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。當轉速達到70 r/min時，雖然纖維在聚合物中分布較為均勻，但纖維長度過短，不易形成導熱網(wǎng)絡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，熱導率降低。

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


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