工艺条件对EVA/SCF体系微观形貌及导热性能的影响

发布时间：2021-04-18 21:11

　　以乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）作为基体树脂,制备短切碳纤维（SCF）含量为10%的EVA/SCF导热复合材料,并对工艺条件进行优化以提升制品的导热性能。分别研究了在密炼过程中,密炼转速和密炼温度对复合材料导热性能的影响。实验结果表明,当密炼转速和密炼温度分别为30 r/min和130℃时,材料的热导率为2.39 W/（m·K）。复合材料内大部分碳纤维的长度较长,在聚合物基体中分布不均,仅能在局部区域形成网络。随着密炼转速的增加,纤维长度逐渐变短,易于在复合材料内的大部分区域形成导热网络。当密炼转速为40 r/min时,制品热导率可达到2.47 W/（m·K）。虽然,继续提升密炼转速能够使碳纤维在聚合物中的分布更加均匀,但由于纤维长度过短不利于导热网络的形成,反而会导致制品热导率下降。经过进一步对密炼温度进行研究发现,在40 r/min的密炼转速下,更高的密炼温度能够有效改善SCF与基体EVA的界面结合效果,使制品的热导率由密炼温度80℃时的1.65 W/（m·K）大幅提升至密炼温度140℃时的2.48 W/（m·K）。 

【文章来源】：塑料. 2020,49(04)北大核心CSCD

【文章页数】：5 页

【部分图文】：

不同密炼转速下，碳纤维长度的分布

利用S-4700场发射型SEM对复合材料的断面进行观察，当放大倍数为300倍时，不同工艺条件下的复合材料断面观察结果如图2所示。影响复合材料电导率和热导率的主要因素为碳纤维的长度和碳纤维在聚合物基体中分布的均匀性。较长的碳纤维更容易在聚合物基体中形成网络，且其在聚合物基体中分布的均匀性有助于提高复合材料的热导率。碳纤维在密炼的过程中，由于受到转子与基体黏度的剪切作用，长度不断减小，从图2脆断面SEM图中可以看出，在低转速时，大部分碳纤维的长度较长，导致纤维数量相对较少，因此，纤维之间的距离也较大，并且，碳纤维在聚合物基体中分布也较为不均，导致碳纤维在局部区域形成网络。随着密炼转速不断增加，纤维长度逐渐变短，纤维数量增多，纤维之间的间距减小，其在聚合物的大部分区域均形成了网络。当转速达到70 r/min时，虽然纤维在聚合物中分布较为均匀，但纤维长度过短，不易形成导热网络且纤维之间的搭接存在过多的界面热阻，热量在传递过程中损失增加，热导率降低。

图3为不同密炼机转速时，复合材料导热性能的测试结果。图3a中热源温度为未加EVA/SCF复合材料时，陶瓷加热片的温度，其它为添加复合材料时陶瓷加热片的温度，图3b为添加复合材料与未添加复合材料陶瓷加热片的温差。导热效果越好，陶瓷加热片温度越低，陶瓷加热片温差越大。由图3a可知，加入SCF的复合材料对陶瓷加热片降温效果显著。当转速为40 r/min时，EVA/SCF使陶瓷加热片的温度降低了10.72℃。对于相同加工温度(130℃)的复合材料，随着加工转速的升高，陶瓷加热片最终所达到的温度也逐渐升高。当转速为70 r/min时，复合材料的导热性能最差，这主要由于，高转速下的纤维长度过短，不易形成导热网络，且存在更多的热阻界面，增加了热量在传递过程中的损失，导致热导率降低。研究表明，当碳纤维长度大于0.20 mm时，导热性能较好。随着转速不断增大，复合片材的降温效果逐渐下降，转速为40 r/min与70 r/min，两者温差约为3.90℃。


本文编号：3146178