در سال های اخیر، هدایت حرارتی محصولات لاستیکی مورد توجه گسترده ای قرار گرفته است.محصولات لاستیکی رسانای حرارتی به طور گسترده در زمینه های هوافضا، هوانوردی، الکترونیک و لوازم الکتریکی برای ایفای نقش در هدایت گرما، عایق کاری و جذب ضربه استفاده می شوند.بهبود هدایت حرارتی برای محصولات لاستیکی رسانای حرارتی بسیار مهم است.مواد کامپوزیتی لاستیکی تهیه شده توسط پرکننده رسانای حرارتی می تواند به طور موثر گرما را منتقل کند که برای تراکم و کوچک سازی محصولات الکترونیکی و همچنین بهبود قابلیت اطمینان آنها و افزایش عمر مفید آنها اهمیت زیادی دارد.

در حال حاضر، مواد لاستیکی مورد استفاده در تایرها باید دارای ویژگی های تولید حرارت کم و هدایت حرارتی بالا باشند.از یک طرف، در فرآیند ولکانیزاسیون لاستیک، عملکرد انتقال حرارت لاستیک بهبود می یابد، نرخ ولکانیزاسیون افزایش می یابد و مصرف انرژی کاهش می یابد.گرمای تولید شده در حین رانندگی باعث کاهش دمای لاشه و کاهش عملکرد تایر ناشی از دمای بیش از حد می شود.هدایت حرارتی لاستیک رسانای حرارتی عمدتاً توسط ماتریس لاستیکی و پرکننده رسانای حرارتی تعیین می شود.هدایت حرارتی ذرات یا پرکننده رسانای حرارتی فیبری بسیار بهتر از ماتریس لاستیکی است.

متداول ترین پرکننده های رسانای حرارتی مواد زیر هستند:

1. نانو سیلیکون کاربید فاز بتای مکعبی (SiC)

پودر کاربید سیلیکون در مقیاس نانو زنجیره های رسانش حرارتی تماسی را تشکیل می دهد و به آسانی با پلیمرها منشعب می شود و اسکلت رسانش حرارتی زنجیره Si-O-Si را به عنوان مسیر اصلی هدایت گرما تشکیل می دهد که رسانایی حرارتی ماده کامپوزیت را بدون کاهش میزان حرارت به میزان زیادی بهبود می بخشد. مواد کامپوزیت خواص مکانیکی

رسانایی حرارتی مواد کامپوزیت اپوکسی کاربید سیلیکون با افزایش مقدار کاربید سیلیکون افزایش می‌یابد و نانو سیلیکون کاربید می‌تواند رسانایی حرارتی خوبی به ماده کامپوزیت بدهد که مقدار آن کم باشد.استحکام خمشی و مقاومت ضربه ای مواد کامپوزیت اپوکسی کاربید سیلیکون ابتدا افزایش می یابد و سپس با افزایش مقدار کاربید سیلیکون کاهش می یابد.اصلاح سطح کاربید سیلیکون می تواند به طور موثر هدایت حرارتی و خواص مکانیکی مواد کامپوزیت را بهبود بخشد.

کاربید سیلیکون دارای خواص شیمیایی پایدار است، هدایت حرارتی آن بهتر از سایر پرکننده های نیمه هادی است و رسانایی حرارتی آن حتی از فلز در دمای اتاق بیشتر است.محققان دانشگاه فناوری شیمیایی پکن تحقیقی را در مورد هدایت حرارتی آلومینا و لاستیک سیلیکونی تقویت شده با کاربید سیلیکون انجام دادند.نتایج نشان می دهد که هدایت حرارتی لاستیک سیلیکون با افزایش مقدار کاربید سیلیکون افزایش می یابد.هنگامی که مقدار کاربید سیلیکون یکسان است، هدایت حرارتی لاستیک سیلیکون تقویت شده با کاربید سیلیکون با اندازه ذرات کوچک بیشتر از لاستیک سیلیکون تقویت شده با کاربید سیلیکون با اندازه ذرات بزرگ است.هدایت حرارتی لاستیک سیلیکونی تقویت شده با کاربید سیلیکون بهتر از لاستیک سیلیکونی تقویت شده با آلومینا است.هنگامی که نسبت جرم آلومینا به کاربید سیلیکون 8/2 و مقدار کل آن 600 قسمت باشد، هدایت حرارتی لاستیک سیلیکون بهترین است.

2. نیترید آلومینیوم (ALN)

نیترید آلومینیوم یک کریستال اتمی است و متعلق به نیترید الماس است.می تواند به طور پایدار در دمای بالای 2200 درجه سانتیگراد وجود داشته باشد.رسانایی حرارتی خوب و ضریب انبساط حرارتی پایینی دارد که آن را به یک ماده شوک حرارتی خوب تبدیل می کند.رسانایی حرارتی نیترید آلومینیوم 320 W·(m·K)-1 است که نزدیک به رسانایی حرارتی اکسید بور و کاربید سیلیکون است و بیش از 5 برابر بزرگتر از آلومینا است.محققان دانشگاه علم و فناوری چینگدائو رسانایی حرارتی کامپوزیت های لاستیکی EPDM تقویت شده با نیترید آلومینیوم را مورد مطالعه قرار داده اند.نتایج نشان می دهد که: با افزایش مقدار نیترید آلومینیوم، هدایت حرارتی مواد کامپوزیت افزایش می یابد.رسانایی حرارتی مواد کامپوزیت بدون نیترید آلومینیوم 0.26 W·(m·K)-1 است، زمانی که مقدار نیترید آلومینیوم به 80 قسمت افزایش یابد، رسانایی حرارتی مواد کامپوزیت به 0.442 W·(m·K) می رسد. -1، افزایش 70٪.

3. نانو آلومینا (Al2O3)

آلومینا نوعی پرکننده معدنی چند منظوره است که دارای رسانایی حرارتی زیاد، ثابت دی الکتریک و مقاومت در برابر سایش خوب است.به طور گسترده ای در مواد کامپوزیت لاستیکی استفاده می شود.

محققان دانشگاه فناوری شیمیایی پکن هدایت حرارتی نانو آلومینا/نانولوله کربن/کامپوزیت های لاستیکی طبیعی را آزمایش کردند.نتایج نشان می دهد که استفاده ترکیبی از نانو آلومینا و نانولوله های کربنی اثر هم افزایی بر بهبود هدایت حرارتی مواد کامپوزیت دارد.هنگامی که مقدار نانولوله های کربنی ثابت است، هدایت حرارتی مواد کامپوزیت به صورت خطی با افزایش مقدار نانو آلومینا افزایش می یابد.هنگامی که 100 از نانو آلومینا به عنوان پرکننده رسانای حرارتی استفاده می شود، رسانایی حرارتی مواد کامپوزیت تا 120 درصد افزایش می یابد.هنگامی که 5 قسمت از نانولوله های کربنی به عنوان پرکننده رسانای حرارتی استفاده می شود، رسانایی حرارتی مواد کامپوزیت تا 23 درصد افزایش می یابد.وقتی از 100 قسمت آلومینا و 5 قسمت استفاده می شود وقتی از نانولوله های کربنی به عنوان پرکننده رسانای حرارتی استفاده می شود، رسانایی حرارتی ماده کامپوزیت 155 درصد افزایش می یابد.این آزمایش همچنین دو نتیجه زیر را به دست می‌آورد: اول، زمانی که مقدار نانولوله‌های کربنی ثابت است، با افزایش مقدار نانو آلومینا، ساختار شبکه پرکننده‌ای که توسط ذرات پرکننده رسانا در لاستیک تشکیل می‌شود به تدریج افزایش می‌یابد و ضریب تلفات لاستیک افزایش می‌یابد. مواد کامپوزیت به تدریج افزایش می یابد.هنگامی که 100 قسمت از نانو آلومینا و 3 قسمت از نانولوله های کربنی با هم استفاده می شود، تولید حرارت تراکمی دینامیکی ماده کامپوزیت تنها 12 ℃ است و خواص مکانیکی دینامیکی عالی است.دوم، هنگامی که مقدار نانولوله های کربنی ثابت می شود، با افزایش مقدار نانو آلومینا، سختی و استحکام پارگی مواد کامپوزیتی افزایش می یابد، در حالی که استحکام کششی و ازدیاد طول در هنگام شکست کاهش می یابد.

4. نانولوله کربنی

نانولوله های کربنی دارای خواص فیزیکی عالی، هدایت حرارتی و هدایت الکتریکی هستند و پرکننده های تقویت کننده ایده آلی هستند.مواد کامپوزیتی لاستیکی تقویت کننده آنها توجه گسترده ای را به خود جلب کرده است.نانولوله های کربنی از پیچش لایه های ورقه های گرافیتی تشکیل می شوند.آنها نوع جدیدی از مواد گرافیتی با ساختار استوانه ای با قطر ده ها نانومتر (10-30 نانومتر، 30-60 نانومتر، 60-100 نانومتر) هستند.رسانایی حرارتی نانولوله های کربنی 3000 W·(m·K)-1 است که 5 برابر رسانایی حرارتی مس است.نانولوله های کربنی می توانند به طور قابل توجهی هدایت حرارتی، هدایت الکتریکی و خواص فیزیکی لاستیک را بهبود بخشند و تقویت و هدایت حرارتی آنها بهتر از پرکننده های سنتی مانند کربن سیاه، فیبر کربن و الیاف شیشه است.محققان دانشگاه علم و فناوری چینگدائو تحقیقاتی را در مورد هدایت حرارتی نانولوله‌های کربنی/مواد کامپوزیت EPDM انجام دادند.نتایج نشان می دهد که: نانولوله های کربنی می توانند رسانایی حرارتی و خواص فیزیکی مواد کامپوزیتی را بهبود بخشند.با افزایش مقدار نانولوله های کربنی، رسانایی حرارتی مواد کامپوزیتی افزایش می یابد و استحکام کششی و ازدیاد طول در هنگام شکست ابتدا افزایش و سپس کاهش می یابد، تنش کششی و مقاومت پارگی افزایش می یابد.وقتی مقدار نانولوله‌های کربنی کم است، نانولوله‌های کربنی با قطر بزرگ راحت‌تر از نانولوله‌های کربنی با قطر کوچک، زنجیره‌های رسانای گرما تشکیل می‌دهند و بهتر با ماتریس لاستیکی ترکیب می‌شوند.