Пластмаси з високою теплопровідністю демонструють надзвичайні здібності до індукторів трансформаторів, розсіювання тепла електронних компонентів, спеціальних кабелів, електронної упаковки, термогерметизації та інших галузей завдяки хорошій продуктивності обробки, низькій ціні та чудовій теплопровідності.Пластмаси з високою теплопровідністю з графеном як наповнювачем можуть задовольнити вимоги щодо високої щільності та високої інтеграції в розробці збірки в термоуправлінні та електронній промисловості.

Звичайні теплопровідні пластики в основному наповнені металевими або неорганічними наповнювачами з високою теплопровідністю для рівномірного заповнення матеріалів полімерної матриці.Коли кількість наповнювача досягає певного рівня, наповнювач утворює ланцюгоподібну та сітчасту морфологію в системі, тобто теплопровідний мережевий ланцюг.Коли напрямок орієнтації цих теплопровідних сітчастих ланцюгів паралельний напрямку теплового потоку, теплопровідність системи значно покращується.

Високотеплопровідні пластмаси свуглецевий наноматеріал графеняк наповнювач може задовольнити вимоги високої щільності та високої інтеграції розробки збірки в термоуправлінні та електронній промисловості.Наприклад, теплопровідність чистого поліаміду 6 (PA6) становить 0,338 Вт / (м · К), при наповненні 50% глиноземом теплопровідність композиту в 1,57 рази перевищує теплопровідність чистого PA6;при додаванні 25% модифікованого оксиду цинку теплопровідність композиту в три рази вище, ніж у чистого ПА6.При додаванні 20% нанолистів графену теплопровідність композиту досягає 4,11 Вт/(м•К), що більше ніж у 15 разів, ніж у чистого PA6, що демонструє величезний потенціал графену в області управління теплом.

1. Отримання та теплопровідність графен/полімерних композитів

Теплопровідність композитів графен/полімер невіддільна від умов обробки в процесі підготовки.Різні методи підготовки роблять різницю в дисперсії, міжфазній дії та просторовій структурі наповнювача в матриці, і ці фактори визначають жорсткість, міцність, ударну в'язкість і пластичність композиту.Що стосується поточних досліджень, для композитів графен/полімер ступінь дисперсності графену та ступінь відшарування листів графену можна контролювати шляхом контролю зсуву, температури та полярних розчинників.

2. Фактори, що впливають на продуктивність пластмас з високою теплопровідністю, наповнених графеном

2.1 Кількість додавання графену

У пластиці з високою теплопровідністю, наповненому графеном, у міру збільшення кількості графену в системі поступово формується теплопровідний мережевий ланцюг, що значно покращує теплопровідність композитного матеріалу.

Вивчаючи теплопровідність графенових композитів на основі епоксидної смоли (EP), виявлено, що коефіцієнт наповнення графеном (приблизно 4 шари) може збільшити теплопровідність EP приблизно в 30 разів до 6,44.Вт/(м•К), тоді як традиційні теплопровідні наповнювачі потребують 70% (об’ємної частки) наповнювача для досягнення цього ефекту.

2.2 Кількість шарів графену
Для багатошарового графену дослідження 1-10 шарів графену показало, що коли кількість шарів графену було збільшено з 2 до 4, теплопровідність зменшилася з 2800 Вт/(м•К) до 1300 Вт/(м•К). ).З цього випливає, що теплопровідність графену має тенденцію до зменшення зі збільшенням кількості шарів.

Це пояснюється тим, що багатошаровий графен з часом агломерує, що призведе до зниження теплопровідності.У той же час дефекти в графені і розлад краю зменшать теплопровідність графену.

2.3 Види підкладки
Основними компонентами пластмас з високою теплопровідністю є матричні матеріали та наповнювачі.Графен є найкращим вибором для наповнювачів через його чудову теплопровідність. Різні склади матриці впливають на теплопровідність.Поліамід (PA) має хороші механічні властивості, термостійкість, зносостійкість, низький коефіцієнт тертя, певну стійкість до полум'я, легку обробку, підходить для модифікації наповнення, щоб покращити його продуктивність і розширити область застосування.

Дослідження показало, що при об’ємній частці графену 5% теплопровідність композиту в 4 рази вище, ніж у звичайного полімеру, а при збільшенні об’ємної частки графену до 40% теплопровідність композиту збільшується в 20 разів..

2.4 Розташування та розподіл графену в матриці
Було виявлено, що направлене вертикальне укладання графену може покращити його теплопровідність.
Крім того, розподіл наповнювача в матриці також впливає на теплопровідність композиту.Коли наповнювач рівномірно диспергований в матриці і утворює теплопровідну сітчасту ланцюжок, теплопровідність композиту значно покращується.

2.5 Опір межі розділу та міцність зв’язку межі розділу
Загалом, міжфазна сумісність між частинками неорганічного наповнювача та матрицею органічної смоли є поганою, і частинки наповнювача легко агломеруються в матриці, що ускладнює утворення однорідної дисперсії.Крім того, різниця в поверхневому натягу між частинками неорганічного наповнювача та матрицею ускладнює змочування поверхні частинок наповнювача полімерною матрицею, що призводить до утворення порожнеч на межі розділу між ними, тим самим збільшуючи міжфазний термічний опір полімерного композиту.

3. Висновок
Пластики з високою теплопровідністю, наповнені графеном, мають високу теплопровідність і хорошу термічну стабільність, і перспективи їх розвитку дуже широкі.Крім теплопровідності, графен має інші чудові властивості, такі як висока міцність, високі електричні та оптичні властивості, і широко використовується в мобільних пристроях, аерокосмічній галузі та акумуляторах нової енергії.

Hongwu Nano досліджує та розробляє наноматеріали з 2002 року, і базуючись на накопиченому досвіді та передових технологіях, орієнтована на ринок, Hongwu Nano надає різноманітні професійні індивідуальні послуги, щоб надати користувачам різні професійні рішення для більш ефективного практичного застосування.