氧化鎂導熱粉體用量對導熱橡膠性能的影響

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，某些物理機械性能也優(yōu)于硅橡膠，且價格低廉。但是EPDM的導熱率低，需要在其中添加導熱粉體才能實現(xiàn)高導熱。目前應用于橡膠材料的導熱及絕緣性能良好的導熱粉體主要有氧化鋁﹑氧化鎂﹑碳納米管和碳纖維等。其中氧化鎂的導熱性能略優(yōu)于氧化鋁，其價格低于碳纖維﹑碳納米管等，是制備導熱橡膠的優(yōu)先填料之一。

本實驗選用氧化鎂導熱粉體為導熱填料，EPDM為基體橡膠，研究了氧化鎂導熱粉體用量對EPDM導熱性能及物理機械性能的影響。

實驗配方

基本配方（質量份，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，促進劑四甲基秋蘭姆二硫化物（TMTD）1，氧化鎂導熱粉體0~140。

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

實驗結論

氧化鎂導熱粉體用量對EPDM硫化性能的影響

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

從表1可以看出，隨著氧化鎂導熱粉體用量的增加，MH逐漸增大。由于氧化鎂是無機填料，具有一定的表面能，與有機相相容性差，因此非常容易在橡膠中發(fā)生團聚，且用量越大，團聚現(xiàn)象越嚴重，從而越容易造成在橡膠中分散不均勻，阻礙了橡膠的硫化，導致硫化時間略有上升。當氧化鎂用量為180份時，氧化鎂已經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：要提高氧化鎂導熱粉體在橡膠中的分散性及填充量，有必要對粉體進行表面改性，降低粉體表面能，提高粉體與有機相的相容性，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+年的豐富經驗，歡迎大家致電咨詢。

氧化鎂導熱粉體用量對EPDM力學性能的影響

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

從表2可以看出，隨著氧化鎂導熱粉體用量的增大，拉伸強度逐漸減小，斷裂伸長率和拉斷永久變形均是先增大后減小，硬度逐漸變大。這是因為氧化鎂的比表面積和表面能大，在橡膠中容易團聚，在非極性介質中不易分散，易造成界面缺陷，因此會導致材料的相關力學性能下降。同時氧化鎂也會起到活性劑與促進劑的作用，加速促進劑的分解，但是由于Mg²⁺無空軌道，離子半徑小，極化能力較弱，阻礙鋅鹽絡合物的作用，改變了交聯(lián)網絡中長短鏈數(shù)目之比，從而使橡膠的力學性能下降。

氧化鎂導熱粉體用量對EPDM導熱性能影響

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

從圖1可以看出，隨著氧化鎂導熱粉體用量的增大，橡膠的導熱系數(shù)從0.337W/m·K增大至0.776W/m·K 。當氧化鎂導熱粉體用量在0~80份時，導熱系數(shù)上升較快，80份的時候上升幅度最大，說明在80份的時候形成了導熱網絡，熱導率急劇增加，而氧化鎂導熱粉體用量為80~140份時則上升趨勢較為平緩。這是因為在導熱復合材料中，當填料含量較少時，粒子之間未能形成相互接觸和作用，填料對體系的導熱性能貢獻不大，復合材料的熱導率不理想; 當填料的添加量達到某一臨界值時，填料間接觸增多，體系內形成了大量類似網狀或鏈狀結構形態(tài)，即導熱網鏈，使得復合材料的熱導率大大提高。

氧化鎂導熱粉體用量對EPDM熱穩(wěn)定性的影響

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

從圖2可以看出，隨著氧化鎂導熱粉體用量的增加，體系熱失重逐漸減小，分解溫度逐漸提高。這是因為氧化鎂的分解溫度高，比熱容大，在高溫下填料會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的溫度；同時，添加的氧化鎂導熱粉體會使EPDM形成物理和化學交聯(lián)點，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，填充氧化鎂導熱粉體到EPDM中，將大幅度提高EPDM的導熱效率，可以制備出綜合性能優(yōu)異的導熱橡膠。