纳米粒子对熔盐复合蓄热材料热物性的影响

为了得到SiO₂纳米粒子含量对SiO₂/NaNO₃-KNO₃/EG复合蓄热材料比热容和热导率的影响，通过机械分散法，采用NaNO₃-KNO₃和不同质量分数（0.1%，0.5%，1%，2%，3%）的SiO₂纳米粒子所形成的熔盐纳米材料作为蓄热材料，膨胀石墨（EG）作为基体材料，制备出纳米SiO₂/NaNO₃-KNO₃/EG复合材料。对复合材料的比热容和热导率进行了测量，同时用扫描电镜对其微观结构特征进行了分析。结果表明，SiO₂纳米粒子的质量分数为1%时，复合材料的平均比热容和热导率分别为3.92 J/(g·K)和8.47 W/(m·K)，与其他纳米SiO₂添加比例相比，其比热容和热导率分别提高了1.37～2.17倍和1.7～3.2倍。这是由于复合材料表面会形成高密度的网状结构，这种具有较大比表面积和高表面能的特殊纳米结构可以提高复合材料的比热容和热导率。     

纳米SiO_2粒子对低熔点混合硝酸盐热物性影响

为探究纳米粒子对低熔点混合硝酸盐热物性的影响规律,采用高温熔融分散法将平均粒径20 nm的SiO_2纳米粒子以1%(质量)比例直接分散到混合熔盐[Ca(NO_3)_2?4H_2O-KNO_3-NaNO_3-LiNO_3]中得到不同分散条件下的熔盐纳米复合材料。采用同步热分析仪(DSC)与激光闪射仪(LFA)测量熔盐纳米复合材料比热容与热扩散系数,进而得到热导率。分析发现,600 r/s搅拌速率下熔盐纳米复合材料热物性随分散时间(15,45,90,120和150 min)发生明显变化。比热容、热扩散系数和热导率在分散45 min时提高率最大,平均提高率分别为11.5%,12.9%和26.4%。扫描电镜(SEM)观察到熔盐纳米复合材料表面有大量特殊结构(类似于链状或条状)存在。这些具有高比表面积和表面自由能的特殊结构可能是熔盐纳米复合材料热物性提高的关键。     

PEG-EG固-固相变材料的制备和性能研究

针对固-液相变材料易泄漏和热导率较低的问题,提出了聚乙二醇(PEG)固-固相变的复合材料。复合材料由不同比例、热导率较大的膨胀石墨(EG)骨架与PEG化学枝接得到。研究结果表明,EG质量分数为10%时,复合相变材料仍存在泄漏现象,而EG质量分数为20%、30%时不再有泄漏现象,复合材料表现为固-固相变。另外,复合材料的热导率随EG含量的增加而增大,其中EG质量分数为30%时,复合材料的热导率最高,为8.031 W·m^-1·K^-1,是纯相变材料热导率(0.289 W·m^-1·K^-1)的27.79倍。经历50次循环后,所有复合相变材料的相变温度和相变焓均未有明显变化,证明其具有良好的热稳定性。考虑综合性能,EG的质量分数为20%时,复合相变材料性能最佳,定形效果良好,相变焓(138.30 J·g^-1)和结晶度(88.6%)较高,热导率也可以达到6.870 W·m^-1·K^-1。     

基于碳材料的高密度聚乙烯导热材料的制备

为了提高高密度聚乙烯(PE-HD)的导热性能,扩大其应用范围,通过开炼及模压的方法将碳材料与PE-HD进行复合,详细研究了碳材料的种类、含量及复配等对复合材料热导率及拉伸性能的影响。结果表明,随着石墨含量的增加,复合材料的热导率增大,但其断裂伸长率显著下降。固定碳材料总质量分数为15%,对不同种类的碳材料进行复配,发现当碳纤维/石墨质量比为1/4时,材料的热导率达到极大值,为0.588W/(m·K),但断裂伸长率仅为36%;当乙炔炭黑/石墨质量比为1/2时,复合材料热导率达到极大值,为0.602W/(m·K),相当于石墨质量分数为20%的复合材料热导率,断裂伸长率为303%,约为石墨质量分数为20%的复合材料的3倍,这表明石墨与乙炔炭黑的适量复配在赋予PE-HD良好导热性的同时保持了其延展性。     

导热PE-LD复合材料的制备与性能研究

采用低密度聚乙烯(PE-LD)为基体材料,石墨、Al N为导热填充材料,通过双辊混炼、模压制备了导热复合材料,并对该复合材料的导热性能、力学性能、热行为进行了分析。结果表明,随着石墨或Al N含量的增加,PE-LD/石墨复合材料和PE-LD/Al N复合材料的热导率逐渐增大;PE-LD/石墨复合材料的热导率高于PE-LD/Al N复合材料的热导率。当石墨与Al N的总质量分数为50%、石墨与Al N的质量比为4∶1时,PE-LD/石墨/Al N复合材料的拉伸强度、弯曲强度均达到最大值,分别为12.8,17.15 MPa;此时PE-LD/石墨/Al N复合材料的热导率达到最大值,为0.618 W/(m·K),略低于添加质量分数50%的石墨时的PE-LD/石墨复合材料的热导率[0.634 W/(m·K)];当石墨与Al N质量比为1∶4时,PE-LD/石墨/Al N复合材料的热导率为0.488 W/(m·K),高于只添加质量分数50%Al N的PE-LD/Al N复合材料的热导率[0.410 W/(m·K)]。当石墨和Al N总质量分数为50%时,随着Al N含量的增加,PE-LD的结晶度增大。     

PPS/Al_2O_3导热复合材料的性能及其应用

以微米级三氧化二铝(Al2O3)为导热填料,制备了聚苯硫醚(PPS)/Al2O3导热复合材料,研究了硅烷偶联剂表面改性对PPS/Al2O3复合材料力学性能和导热性能的影响.研究表明,硅烷偶联剂时Al2O3的表面改性提高了PPS/Al2O3导热复合材料的力学性能,且材料的热导率随着Al2O3含量的增加而增大,当Al2O3的质量分数为70%时,未改性和改性Al2O3填充PPS导热复合材料的热导率分别达到2.279 W/(m·K)和2.392 W/(m·K),后者的热导率在Al2O3含量较高时偏离Agari理论曲线.SEM分析表明,改性Al2O3在PPS中分散均匀,两者结合紧密.经应用研究表明,PPS/改性Al2O3质量比为40/60的导热复合材料完全可满足发动机零部件、高耐热电子元器件对材料导热与力学性能的要求.     

PA6/CF/EG导电复合材料的制备与性能

采用熔融共混法制备了不同碳纤维/热膨胀石墨(CF/EG)比例的尼龙6/碳纤维/热膨胀石墨(PA6/CF/EG)导电复合材料并研究其性能。结果表明,CF的加入能显著提高复合材料的力学性能;而随着EG含量的提高,复合材料的导电性能和导热性能显著提高,但力学性能在一定程度上得到降低。当CF质量分数为20%时,复合材料具有最优的力学性能,当EG质量分数为20%时,复合材料体积电导率可显著提高至0.262 S/m,热导率可达1.3379W/(m·K)。     

铝粒子/硅橡胶复合材料的介电及导热性能

以核壳结构铝粒子为填料、甲基乙烯基硅橡胶为基质制备铝/硅橡胶介电弹性体复合材料,研究了铝粒子用量、粒径、形状及表面改性等对复合材料介电性能及热导率的影响。结果表明,弹性体复合材料的介电常数和热导率均随铝粒子用量的增加而增大;表面改性及使用小粒径铝粒子填充可提高复合材料的介电常数和热导率;大比表面积和长径比的片铝明显提高了复合材料的介电常数和热导率,片铝质量分数为75%时分别达到了42和1.73 W/(m·K)。此外,体系的介电损耗也处于较低水平。     

PDMS/SCF导热复合材料制备工艺对导热性能的影响

采用SCFNA法(即空间限域强制组装法),制备碳纤维质量分数为30%的PDMS/SCF复合材料,并探究了在制备PDMS/SCF导热复合材料过程中,基体与填料混合工艺以及压印过程中的温度对复合材料制品导热性能的影响。研究结果表明,在复合材料制品厚度不变的前提下,当混合转速为2 000 r/min时,随着混合时间由10 min缩短至2 min,复合材料制品的热导率由10.314 W/(m·K)提高至11.188 W/(m·K),提高了8.474%。当混合时间为3 min时,随着混合转速从2 500 r/min降低至1 500 r/min,复合材料制品的热导率由10.140 W/(m·K)提高至10.963 W/(m·K),提高了8.116%。对比不同压印温度对复合材料制品热导率的影响发现,当压印温度在120℃附近时,复合材料制品的导热性能最佳,热导率为11.188 W/(m·K)。控制混合转速、混合时间和压印温度这3个工艺条件能够有效地提高复合材料制品的导热性能。     

膨胀石墨混杂填充聚丙烯复合材料导热性能研究

以不同粒径的膨胀石墨(EG)为填料,通过双辊混炼热压成型制备聚丙烯(PP)/EG导热复合材料,研究了EG填充量、粒径和不同粒径混杂填充对复合材料导热性能的影响。结果表明:随着EG填充量的增加,复合材料的热导率提高。当填充量超过30%时,热导率提升幅度增大,达到渗流阈值;当EG填充量为50%时,复合材料的热导率达到1.791W/(m.K);大粒径填料粒子提高复合材料热导率的能力优于小粒径粒子;大小粒径按合适比例混杂填充得到的复合材料热导率最高。     

环氧树脂/镀银纳米石墨微片导热复合材料的制备与性能

以膨胀石墨为原料,采用超声分散法和化学镀法制得镀银纳米石墨微片,然后将其填充在环氧树脂基体中制备环氧树脂/镀银纳米石墨微片复合材料。结果表明,银粒子均匀镀覆在纳米石墨微片上,银层厚度为100 nm,有利于在环氧树脂基体中形成导热通路;与环氧树脂相比,环氧树脂/镀银纳米石墨微片复合材料的力学性能和热导率能都得到提高;当镀银纳米石墨微片含量为3 %时,复合材料的热导率为1.827 W/(m·K),比纯环氧树脂热导率提高了近5倍。     

改性纳米氧化锆对甲基苯基硅橡胶性能的影响

以甲基苯基硅橡胶(MPQ)为基体,硅烷偶联剂改性纳米氧化锆(ZrO_2)为填料,采用机械混合法制备了纳米ZrO_2/MPQ复合材料,研究了纳米ZrO_2质量分数对复合材料光学性能、电性能及热性能的影响。结果表明,随着纳米ZrO_2质量分数的增加,纳米ZrO_2/MPQ复合材料的透光率逐渐降低,体积电阻率先增加后减小,介电常数先降低后增加,介电损耗变化不大,热导率先增加后减小。当纳米ZrO_2质量分数为0.06%时,纳米ZrO_2/MPQ复合材料具有较好的透光率,体积电阻率为1.08×10~(12)Ω·cm,热导率达到0.399 W/(m·K),同时具有低的介电常数与介电损耗。     

硅酸铝纤维增强SiO_2气凝胶复合材料的力学与隔热性能研究

SiO_2气凝胶由于其独特的纳米多孔结构而具有优异的保温隔热性能,但其力学性能较差限制了其在很多工业领域内的应用。以硅酸铝纤维作为增强材料,采用溶胶凝胶法以及常压干燥法制备出完整的块状硅酸铝纤维/SiO_2气凝胶复合隔热材料,并分别用电子万能试验机、SEM、热导率测试仪、BET等检测方法表征了该复合隔热材料的性能。结果显示,纤维的加入提供了一种新的能量消耗机制,硅酸铝纤维/SiO_2气凝胶复合隔热材料的力学性能明显优于纯气凝胶材料。该复合材料的比表面积和平均孔径分别为383.5 m2/g和8.4 nm,孔隙率高达87%,是典型的介孔材料,热导率低至0.02 W/(m·K)~0.04W/(m·K),具备良好的保温隔热性能。     

新型复合低温相变蓄冷材料的研制及热物性优化

针对低温冷链物流应用场合,提出一种由三羟甲基丙烷（TMP）、氯化铵（NH₄Cl）和水组成的新型有机-无机复合相变蓄冷材料。首先对该复合材料的不同配比进行DSC热分析实验,筛选出热力性能较优异的材料混合比（TMP∶NH₄Cl∶H₂O质量比为1.0∶2.0∶7.0）。其次,以上述配比的复合材料为基液,研究了添加不同的纳米粒子（三氧化二铝、二氧化钛、三氧化二铁）对其过冷度、热导率的影响,以及增稠剂（羧甲基纤维素（CMC）、聚丙烯酸钠（PAAS））对其相分离现象的影响,并进行了热循环实验。实验结果表明：添加0.40%(质量分数)的TiO₂纳米粒子对降低该复合材料过冷度效果最佳;添加0.50%(质量分数)的TiO₂纳米粒子对增大其热导率效果最佳;增稠剂CMC和PAAS可以消除该复合材料相分离现象并对其相变温度、相变潜热、过冷度等热物性影响较小。经优化所得最终复合相变蓄冷材料的配比为以1.0∶2.0∶7.0质量比混合的TMP-NH₄Cl-H₂O + 0.40%(质量分数)TiO₂ + 1.0%(质量分数) PAAS,其相变温度为－19.9℃,相变潜热为246.8 kJ/kg,热导率为0.81 W/(m·K),并具有较好的循环稳定性。     

纳米粒子对CO_2水合物导热性能的影响

试验研究了不同种类(Al_2O_3、Cu、SiO_2)、不同质量分数(0.05%、0.1%、0.15%)及不同粒径(10、30、50 nm)的纳米粒子对CO_2水合物热导率的影响。结果表明温度为-5~5℃时,纯CO_2水合物热导率为0.553~0.5861W·m~(-1)·K~(-1),具有玻璃体的变化特性。分散剂SDBS的加入,可改善CO_2水合物-纳米粒子体系的导热性能。在相同的质量分数和粒径下,纳米Cu粒子对CO_2水合物热导率的增强作用最好,但综合考虑水合物生成特性和溶液悬浮稳定性,选用纳米Al2O3粒子较合适。Al2O3粒子粒径越小,水合物热导率越大,15 nm比50 nm纳米粒子体系中CO_2水合物热导率的增长率平均提高了12.7%。此外,CO_2水合物热导率随Al2O3粒子质量分数的增大而增大,质量分数由0.05%增加到0.15%时,水合物热导率的增长率由4.2%提高到8.2%。     

Al2O3填充聚酰亚胺改性环氧树脂/玻璃纤维导热复合材料的制备与性能研究

以硅烷偶联剂改性的氧化铝为导热填料,聚酰亚胺改性环氧树脂为基体,通过高温模压法制备了Al2O3填充聚酰亚胺/环氧导热玻纤复合材料,研究Al2O3和聚酰亚胺含量对复合材料热性能、力学性能和介电性能的影响。结果表明,复合材料的热导率随着纳米Al2O3粒子含量的增加而增加。当Al2O3粒子的填充量为50%时,复合材料的热导率可达1.239W/(m.K)。复合材料冲击强度和弯曲强度随粒子含量的增加呈先增加后降低趋势,当Al2O3粒子的填充量为20%时,材料的冲击强度为376.3kJ/m2,弯曲强度为912.6MPa。聚酰亚胺改性的复合材料具有较好的介电性能、热稳定性和耐热老化性。     

纳米Al_2O_3/SiO_2混杂填充环氧树脂耐磨材料的制备与研究

本文制备了Al_2O_3/SiO_2混杂颗粒填充的环氧树脂基材料,并通过磨损试验机和扫描电子显微镜研究了材料的摩擦磨损性能和磨损机理。结果表明:采用KH570表面改性的纳米Al_2O_3/SiO_2混杂颗粒填充分散良好;Al_2O_3/SiO_2质量分数为10%时,环氧树脂材料的磨损率为2.71×10~(-6)mm~3/(N·m),摩擦系数为0.25,显著提高了环氧树脂的抗磨损性能,且硬度提高到了85D;环氧树脂基复合材料磨损机理以粘着磨损和磨粒磨损为主。     

纳米SiO2粒子对低熔点混合硝酸盐热物性影响

为探究纳米粒子对低熔点混合硝酸盐热物性的影响规律,采用高温熔融分散法将平均粒径20 nm的SiO₂纳米粒子以1%（质量）比例直接分散到混合熔盐[Ca（NO₃）₂·4H₂O-KNO₃-NaNO₃-LiNO₃]中得到不同分散条件下的熔盐纳米复合材料。采用同步热分析仪（DSC）与激光闪射仪（LFA）测量熔盐纳米复合材料比热容与热扩散系数,进而得到热导率。分析发现,600 r/s搅拌速率下熔盐纳米复合材料热物性随分散时间（15,45,90,120和150 min）发生明显变化。比热容、热扩散系数和热导率在分散45 min时提高率最大,平均提高率分别为11.5%,12.9%和26.4%。扫描电镜（SEM）观察到熔盐纳米复合材料表面有大量特殊结构（类似于链状或条状）存在。这些具有高比表面积和表面自由能的特殊结构可能是熔盐纳米复合材料热物性提高的关键。     

新型改性可膨胀石墨阻燃ABS复合材料的燃烧行为和力学性能研究

通过一锅法原位合成了SiO_2纳米粒子改性可膨胀石墨,与未被改性的可膨胀石墨(EG)相比,改性可膨胀石墨(MEG)仍然保留了其片层状结构,石墨片层表面附集了大量的SiO_2纳米粒子。将MEG应用于阻燃ABS,通过垂直燃烧测试(UL 94)、极限氧指数测试(LOI)和力学性能测试研究了MEG对ABS阻燃材料的燃烧特性和力学性能的影响。结果表明,当MEG的质量分数为20%时,ABS/MEG20阻燃复合材料的UL 94水平达V-0级,LOI值达到25.2%,而与此作为对比的ABS/EG20阻燃复合材料持续燃烧,未能通过UL 94测试。增韧剂的添加较大幅度地提高了阻燃ABS复合材料的力学韧性,当增韧剂的质量分数为4%时,ABS/MEG20的力学冲击冲击强度由增韧前的6.0 k J/m~2提高到12.7 k J/m~2,另一方面,复合材料仍保持其优异的阻燃性能;与纯ABS材料相比,阻燃ABS复合材料高温时的热稳定性提高,高温时的残炭量增加。     

新型复合低温相变蓄冷材料的研制及热物性优化

针对低温冷链物流应用场合,提出一种由三羟甲基丙烷(TMP)、氯化铵(NH_4Cl)和水组成的新型有机-无机复合相变蓄冷材料。首先对该复合材料的不同配比进行DSC热分析实验,筛选出热力性能较优异的材料混合比(TMP∶NH_4Cl∶H_2O质量比为1.0∶2.0∶7.0)。其次,以上述配比的复合材料为基液,研究了添加不同的纳米粒子(三氧化二铝、二氧化钛、三氧化二铁)对其过冷度、热导率的影响,以及增稠剂(羧甲基纤维素(CMC)、聚丙烯酸钠(PAAS))对其相分离现象的影响,并进行了热循环实验。实验结果表明:添加0.40%(质量分数)的TiO_2纳米粒子对降低该复合材料过冷度效果最佳;添加0.50%(质量分数)的TiO_2纳米粒子对增大其热导率效果最佳;增稠剂CMC和PAAS可以消除该复合材料相分离现象并对其相变温度、相变潜热、过冷度等热物性影响较小。经优化所得最终复合相变蓄冷材料的配比为以1.0∶2.0∶7.0质量比混合的TMP-NH_4ClH_2O+0.40%(质量分数)TiO_2+1.0%(质量分数)PAAS,其相变温度为-19.9℃,相变潜热为246.8 kJ/kg,热导率为0.81 W/(m·K),并具有较好的循环稳定性。