通過控制氮化硼(BN)用量和苯基含量提高苯基硅橡膠的熱穩(wěn)定性和力學性能

氮化硼(BN)作為導(dǎo)熱聚合物填料受到越來越廣泛的關(guān)注。但目前的研究主要集中在BN在硅橡膠、天然橡膠或聚二甲基硅氧烷中的應(yīng)有，較少有關(guān)于BN與苯基硅橡膠的報道。

氮化硼(BN)中B原子和N原子雜化形成的π鍵可以與苯基硅橡膠中的苯基側(cè)鏈發(fā)生π－π相互作用，有利于提高基體材料的性能。利用這一特性，山東大學研究團隊將BN添加到苯基硅橡膠基體中，研究了BN含量(質(zhì)量分數(shù)0～40%)和苯基含量(摩爾分數(shù)9%、20%、50%)對復(fù)合材料熱穩(wěn)定性和力學性能的影響。

結(jié)果表明，氮化硼(BN)的加入有效地提高了復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性和力學性能。當填料質(zhì)量分數(shù)為40%時，苯基摩爾分數(shù)20%的復(fù)合材料表現(xiàn)出高的初始分解溫度(454℃)和良好的柔韌性(拉伸強度、拉斷伸長率和邵爾A硬度分別達到3.10MPa、145%和56度)。另外，對于苯基摩爾分數(shù)50%的復(fù)合材料，質(zhì)量損失30%時的分解溫度、800℃下的質(zhì)量保持率和機械性能得到改善。熱穩(wěn)定性和力學性能的提高歸因于基體與氮化硼(BN)顆粒之間的界面力以及復(fù)合材料內(nèi)部孔隙的耦合作用，這一點得到了傅里葉變換紅外光譜和掃描電鏡的證實。該研究“Enhancing the thermal stability and mechanical properties of phenyl silicone rubbers by controlling BN addition and phenyl content”為題，發(fā)表在Composites Communications 2022年第35卷。

適量的氮化硼(BN)除了可以提高苯基硅橡膠的熱穩(wěn)定性和力學性能外，還可以提升硅橡膠的導(dǎo)熱性能。氮化硼(BN)具有高導(dǎo)熱特性，是制備高導(dǎo)熱、絕緣復(fù)合材料的首選。然而要用好BN，對其進行表面功能化改性非常有必要。因為氮化硼(BN)表面缺乏活性基團，與大多數(shù)有機分子及聚合物分子鏈間缺乏強相互作用，因而在有機溶劑與聚合物基體中的分散性很差，這極大地限制了BN對聚合物材料性能的改善效果。目前在人們不斷探索中，總結(jié)了對氮化硼能進行有效改性的方法有：非共價鍵改性、共價鍵改性、烷基化、超鹵素化等，可賦予氮化硼不同的化學性質(zhì)、物理性質(zhì)，為BN在不同領(lǐng)域的應(yīng)用提供了更廣闊的應(yīng)用前景。