納米氮化硼-聚氨酯/玻纖三維骨架增強的環(huán)氧導熱復合材料性能探究

隨著城市發(fā)展及工業(yè)自動化需求增長，電力成為主要動力。電纜的鋪設密集程度不斷攀升，呈現(xiàn)出令人矚目的發(fā)展態(tài)勢。電纜接頭成為供電網絡的關鍵節(jié)點，然而，受環(huán)境因素影響，中間接頭成為電纜系統(tǒng)最薄弱和危險的部位，容易損壞，導致?lián)舸┍ǎl(fā)嚴重火災和大面積停電。因此，確保接頭穩(wěn)定運行，保障電力系統(tǒng)安全可靠至關重要。電纜接頭防爆盒應運而生，它是一道保護屏障，確保接頭在高風險環(huán)境下安全穩(wěn)定運行。然而，當防爆盒使用一定時間后會因老化而削弱保護作用。玻璃纖維增強聚氨酯/環(huán)氧樹脂板具有優(yōu)良的結構承載性，抗疲勞性、耐腐蝕性和結構尺寸穩(wěn)定性，可以將其纏繞在防爆盒外，增強防爆盒的保護作用，減少因其老化失效引起的事故。但傳統(tǒng)聚合物材料的導熱性較差，不利于電纜接頭處的熱量散發(fā)，而長期大量的熱量堆積，不僅會制約線路的載流量和加速絕緣層老化，甚至還會造成火災。因此，很有必要對纖維增強樹脂進行導熱改性。

城市發(fā)展及工業(yè)自動化需求增長使電力成主要動力。電纜鋪設密集，其接頭成為供電網絡關鍵但卻是易受環(huán)境影響的薄弱部位，易損壞引發(fā)火災和停電。因此，電纜接頭防爆盒應運而生，但長期使用會老化、削弱保護。玻璃纖維增強聚氨酯/環(huán)氧樹脂板可增強防爆盒保護，但傳統(tǒng)聚合物導熱性差，易導致熱量堆積、線路載流量受限、絕緣層老化甚至火災，故對纖維增強樹脂進行導熱改性至關重要。

導熱改性研究中，向聚合物基體中引入高導熱填料因其成本低廉、工藝簡單而備受研究者關注。導熱填料主要分為金屬類、碳類和陶瓷類。金屬類和碳類填料在提高聚合物導熱性的同時，也會改變其電絕緣性，因此不適用于對電絕緣性要求較高的場合。而陶瓷導熱填料則兼具高導熱性和良好的絕緣性。例如，Guo等人發(fā)現(xiàn)，將氧化鋅陶瓷填料填充到環(huán)氧樹脂中可以顯著提升復合材料的導熱性能。

此外，邢偉義等人利用氮化硼納米片對石墨烯進行改性，制備了氮化硼/石墨烯復合填料，并將其添加到環(huán)氧樹脂中，得到了具有優(yōu)異導熱性能的環(huán)氧復合材料。然而，由于填料與基體之間的界面熱阻較高，僅靠簡單的共混工藝提高聚合物熱導率的效果有限。因此，科研人員提出了在聚合物基體內構建三維導熱網絡的方法，以進一步提高導熱性能。

以氮化硼為例，現(xiàn)有的方法通常存在氮化硼添加量大、導致基體綜合性能下降的問題。因此，構建三維導熱網絡成為在低填料含量條件下提高聚合物導熱性能的有效手段。許培俊等人通過液相輔助超聲法剝離制備氮化硼納米片(BNNS)，并利用溶劑輔助的方法與聚醚多元醇(PPG)共混，使BNNS與PPG分子鏈原位結合。隨后，他們利用玻璃纖維布(GFC)通過一步發(fā)泡法制備出泡沫夾層結構的納米氮化硼-聚氨酯/玻纖(BPUF/GFC)三維骨架，并將環(huán)氧樹脂(EP)浸漬其中，制備出環(huán)氧導熱復合材料(BPUF/GFC/EP)。聚氨酯體系本身泡孔分布均勻，作為模板方便快捷，且對環(huán)氧樹脂體系有一定的增韌效果。

該研究系統(tǒng)地分析了環(huán)氧復合材料的導熱性能、電絕緣性能、耐電弧性能以及拉伸力學性能，為環(huán)氧樹脂的導熱改性和在電力電纜領域的應用提供了堅實的理論基礎。

其他推薦：