炭黑的表面修饰及其与碳纤维混杂填充制备高导热硅橡胶

本项目拟通过炭黑的表面修饰，改善其与硅橡胶间的相容性，从减小炭黑和硅橡胶的界面热阻这一途径，充分发挥炭黑的导热能力，制备导热系数高于0.5W/(moK)的炭黑填充导热硅橡胶；然后在炭黑表面修饰基础之上，引入少量碳纤维作为结构性填料，基于混杂填料可以形成更多的导热通路理论，协同增强导热硅橡胶的热导率，从而制备导热系数达1~2W/m K的高导热非绝缘硅橡胶。具体研究内容包括如何选择合适的表面修饰助剂，以及利于工业化的修饰方法，进行炭黑的表面修饰；研究表面修饰炭黑在不同填充分数下导热系数的变化规律，借助于考虑两相界面热阻的Hasselman-Johnson-Bevensite和Every-Tzou-Hasselman模型来模拟表面修饰炭黑填充硅橡胶的热导率，在实验基础上对现有模型进行修正；从实验、堆积理论和数学模拟三方面来确定炭黑和碳纤维混杂填充时的最大堆砌分数，从而制备高热导率的导热硅橡胶。

本项目通过对炭黑进行有机硅分子修饰，使其与硅橡胶之间的相容性有一定程度的提高，从而降低了填料与硅橡胶基体之间的界面热阻，提高了所制备硅橡胶的导热性能，制备了导热系数大于0.5 W/m•K的炭黑填充硅橡胶复合材料。将炭黑(CB)与碳纤维(CF)并用于硅橡胶的导热增强，研究了CB和CF的协同效应对于复合材料的相结构，导热性能以及力学性能的影响。导热性能的研究结果表明， 将CF和CB按一定比例混合填充硅橡胶，对于硅橡胶的导热增强效果要高于单一填料的填充体系。通过调整CF与CB的质量比，发现当CB与CF的质量比为20:80时，复合材料的导热系数有最大值。提供了一种全新的方法制备了膨胀石墨/硅橡胶导热复合材料，即采用液相球磨法制备膨胀石墨/硅橡胶导热复合材料，同传统双辊开炼法相比，由此法制备的复合材料具有更好的导热性能与力学性能。研究工作成果已发表SCI/EI论文1篇，EI论文1篇，SCI/EI论文接收1篇，公开专利1项，培养博士生1名。