汤龙程教授团队在Composites Part B: Engineering上发表导热阻燃硅橡胶复合材料的研究成果

近日，我校材化学院汤龙程教授团队在复合材料知名期刊Composites Part B上发表题为“Processing, thermal conductivity and flame retardant properties of silicone rubber filled with different geometries of thermally conductive fillers: A comparative study”的文章(Composites Part B: Engineering,IF=11.322)。

随着电子器件高度集成化和微型化的发展，绝缘导热硅橡胶复合材料以其良好的机械柔韧性、高热导率和优异的绝缘性，引起了工业界和科学界的广泛兴趣。通常，不同的商业化无机导热填料（包括球形氧化铝颗粒Al₂O₃、氮化铝颗粒AlN、氮化硼纳米片BN）已被用于填充硅橡胶，制备绝缘导热的硅橡胶复合材料已应用于电子器件、新能源汽车等领域。然而，现有文献报道的各种无机导热填料填充的硅橡胶复合材料在物理性能上存在不一致的现象，导致其结构和性能难以调控。目前，不同形态和尺寸的无机导热填料如何影响硅橡胶加工性能、力学性能、热学性能及阻燃性能，其导热机制和阻燃机制有何差异性？这些基本科学问题仍不清楚，严重制约该类绝缘导热硅橡胶复合材料的进一步发展。

针对上述问题，本文采用可工业化的机械搅拌工艺制备了不同形态和尺寸导热填料（即球形Al₂O₃颗粒、无规AlN颗粒和二维BN片）改性液体硅橡胶材料，系统研究了三种不同尺寸和形态的导热填料用量对硅橡胶复合材料的流变性能、力学性能以及导热性能的影响规律。研究发现：相比较于微米球形Al₂O₃颗粒和无规AlN颗粒，二维BN片能够显著增加硅橡胶加工粘度、力学和导热性能。值得注意的是，这三种复合材料的热稳定性和阻燃性呈现不同的现象：与纯硅橡胶相比，加入AlN和Al₂O₃加剧了硅橡胶链的热分解行为，而BN片改性显著提高了硅橡胶的阻燃性能。基于材料的结构和形貌观察，分析和比较三类硅橡胶复合材料的阻燃性能，并揭示了不同导热填料燃烧过程中的结构演变和导热/阻燃机制上的差异性，为该类复合材料的结构设计和性能优化提供了技术基础。

图3. 三种不同尺寸的无机导热填料改性硅橡胶的加热/散热过程的温度分布

图2. 三种无机导热填料改性硅橡胶的断面SEM图及其内部导热网络通路对比分析

课题组硕士研究生李玉童为论文第一作者，刘文军为共同一作，汤龙程教授和张国栋高级实验师为论文的通讯作者。该研究工作得到了国家自然科学基金、浙江省自然科学基金和杭州市科技计划项目等的联合资助。

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2022.109907.