14 невероятных игровых настольных ковриков 2023 года
Mar 17, 202414 невероятных игровых настольных ковриков 2023 года
Jun 01, 202315 самых больших ошибок, которые каждый совершает при выпечке печенья
Aug 13, 202315 групп
Mar 28, 202419 лучших кроссовок для женщин 2023 года по мнению экспертов моды
Jun 08, 2023Влияние функционализации и силановой модификации гексагонального нитрида бора на термические/механические/морфологические свойства нанокомпозита кремнийорганического каучука
Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 11915 (2023) Цитировать эту статью
1108 Доступов
1 Альтметрика
Подробности о метриках
Наночастицы гексагонального нитрида бора (h-BN) могут придавать интересные свойства силиконовому каучуку (SR), но слабое межфазное взаимодействие наполнитель-матрица вызывает агломерацию наночастиц и снижает характеристики нанокомпозита. В этой работе наночастицы h-BN были модифицированы с использованием винилтриметоксисилана (ВТМС) в различных концентрациях. Перед силановой модификацией наночастицы h-BN гидроксилировали с использованием 5-молярного гидроксида натрия. Наночастицы были охарактеризованы для оценки успеха силановой прививки. Чистые и модифицированные наночастицы h-BN наносились в количестве 1, 3 и 5 мас.% на силиконовый каучук HTV (SR). Оценены вулканизационные, термические, механические и морфологические свойства и гидрофобность нанокомпозитов. Морфологию нанокомпозитов SR охарактеризовали с помощью анализа AFM и FE-SEM. Было обнаружено, что прививка силана к наночастицам h-BN улучшает плотность сшивок, но снижает индекс скорости отверждения (CRI) нанокомпозита SR (при содержании загрузки 5 мас.%) на 0,7 (дН·м) и 3,5% соответственно. Это также увеличило угол смачивания нанокомпозитов водой с 97,5° до 107°. Улучшенные межфазные взаимодействия между наночастицами и резиной привели к лучшей дисперсии наночастиц h-BN в матрице SR (при 5 мас.%), что увеличило удлинение при разрыве, модуль на 300% и Tg нанокомпозитов SR.
Сегодня полимерные изоляторы широко используются в качестве замены стекловидных и фарфоровых материалов из-за небольшого веса, простоты литья, легкой транспортировки и лучшего обращения, устойчивости к коррозии и истиранию. По этой причине силиконовый каучук (SR) широко используется в качестве изолятора в электротехнике1,2. Однако рассеяние тепла является основной проблемой силиконовой резины из-за низкой теплопроводности и термической стабильности, что имеет решающее значение для теплоизоляционного материала (ТИМ)3,4. Керамические наполнители, такие как оксид алюминия (Al2O3), нитрат алюминия (AlN) и нитрид бора (BN), до сих пор использовались для улучшения теплопроводности и электроизоляции силиконовой резины5,6. Среди всех микро- и нанонаполнителей, используемых в силиконовой резине, нитрид бора обладает уникальными свойствами, такими как высокая теплопроводность (600 Вт/м·К), а также прочность на разрыв, низкие диэлектрические потери и диэлектрическая проницаемость, высокая термическая стабильность, низкое тепловое расширение и интересные анизотропные свойства. из-за его послойной структуры7,8,9,10.
Хотя гидрофильные наночастицы гексагонального нитрида бора (h-BN) обладают большим потенциалом для улучшения свойств силиконового каучука, они агломерируются в полимерах из-за низкого межфазного взаимодействия между фильтром и полимером11,12,13. Эта проблема в основном влияет на дисперсию h-BN в полимерах, что приводит к нежелательным механическим и термическим/электрическим свойствам14. Модификация поверхности может улучшить межфазное взаимодействие h-BN с полимерами15. Наиболее сложной задачей при модификации поверхности наночастиц нитрида бора является их высокая химическая стабильность (отсутствие функциональных групп на поверхности) и отсутствие мест связывания (т.е. гидроксильных или аминогрупп) даже по краям16. Исходя из этого, перед модификацией поверхности h-BN необходим дополнительный этап (т.е. функционализация), а именно гидроксилирование высококонцентрированными кислотными или основными растворами. Было обнаружено, что после функционализации связующие агенты могут привиться к поверхности, но главным образом по краям h-BN16,17,18.
Силановые связующие агенты как амфифильные материалы с органическими и алкокси-функциональными группами в одной молекуле могут реагировать с неорганическим h-BN после функционализации и улучшать межфазные взаимодействия наполнитель-полимер19.
До сих пор силановые поверхностно-модифицированные h-BN использовались в различных полимерах. Ченг и др.20 показали, что размер цепи алкокси-стороны силанового связующего агента сильно влияет на теплопроводность h-BN. Силаны с более мелкими органическими цепями, такие как винилтриэтоксисилан (ВТЭС) и тетраэтилортосиликат (ТЭОС), повышали ТС поливинилового спирта (ПВС), тогда как более длинные цепи снижали его. Ван и др.21 подтвердили, что силанизированные h-BN могут оставаться диспергированными в парафине в течение длительного времени по сравнению с необработанными h-BN. Сейхан и др.22 обнаружили, что силанизация h-BN винилтриметоксисиланом может способствовать химическому отшелушиванию h-BN, что положительно влияет на теплопроводность полипропиленовой матрицы. Чжун и др. 23 модифицировали поверхность отшелушенных h-BN аминопропилтриэтоксисиланом (KH550) и винилтриметоксисиланом (KH171). Они добавили модифицированные h-BN к силиконовому каучуку (SR). Их результаты показали, что винилсилан улучшает межфазное соединение с резиновой матрицей и повышает термическую стабильность нанокомпозита SR.