納米氮化硼-聚氨酯/玻纖三維骨架增強的環(huán)氧導熱復合材料性能探究

隨著城市發(fā)展及工業(yè)自動化需求增長，電力成為主要動力。電纜的鋪設密集程度不斷攀升，呈現(xiàn)出令人矚目的發(fā)展態(tài)勢。電纜接頭成為供電網(wǎng)絡的關(guān)鍵節(jié)點，然而，受環(huán)境因素影響，中間接頭成為電纜系統(tǒng)最薄弱和危險的部位，容易損壞，導致?lián)舸┍ǎl(fā)嚴重火災和大面積停電。因此，確保接頭穩(wěn)定運行，保障電力系統(tǒng)安全可靠至關(guān)重要。電纜接頭防爆盒應運而生，它是一道保護屏障，確保接頭在高風險環(huán)境下安全穩(wěn)定運行。然而，當防爆盒使用一定時間后會因老化而削弱保護作用。玻璃纖維增強聚氨酯/環(huán)氧樹脂板具有優(yōu)良的結(jié)構(gòu)承載性，抗疲勞性、耐腐蝕性和結(jié)構(gòu)尺寸穩(wěn)定性，可以將其纏繞在防爆盒外，增強防爆盒的保護作用，減少因其老化失效引起的事故。但傳統(tǒng)聚合物材料的導熱性較差，不利于電纜接頭處的熱量散發(fā)，而長期大量的熱量堆積，不僅會制約線路的載流量和加速絕緣層老化，甚至還會造成火災。因此，很有必要對纖維增強樹脂進行導熱改性。

城市發(fā)展及工業(yè)自動化需求增長使電力成主要動力。電纜鋪設密集，其接頭成為供電網(wǎng)絡關(guān)鍵但卻是易受環(huán)境影響的薄弱部位，易損壞引發(fā)火災和停電。因此，電纜接頭防爆盒應運而生，但長期使用會老化、削弱保護。玻璃纖維增強聚氨酯/環(huán)氧樹脂板可增強防爆盒保護，但傳統(tǒng)聚合物導熱性差，易導致熱量堆積、線路載流量受限、絕緣層老化甚至火災，故對纖維增強樹脂進行導熱改性至關(guān)重要。

導熱改性研究中，向聚合物基體中引入高導熱填料因其成本低廉、工藝簡單而備受研究者關(guān)注。導熱填料主要分為金屬類、碳類和陶瓷類。金屬類和碳類填料在提高聚合物導熱性的同時，也會改變其電絕緣性，因此不適用于對電絕緣性要求較高的場合。而陶瓷導熱填料則兼具高導熱性和良好的絕緣性。例如，Guo等人發(fā)現(xiàn)，將氧化鋅陶瓷填料填充到環(huán)氧樹脂中可以顯著提升復合材料的導熱性能。

此外，邢偉義等人利用氮化硼納米片對石墨烯進行改性，制備了氮化硼/石墨烯復合填料，并將其添加到環(huán)氧樹脂中，得到了具有優(yōu)異導熱性能的環(huán)氧復合材料。然而，由于填料與基體之間的界面熱阻較高，僅靠簡單的共混工藝提高聚合物熱導率的效果有限。因此，科研人員提出了在聚合物基體內(nèi)構(gòu)建三維導熱網(wǎng)絡的方法，以進一步提高導熱性能。

以氮化硼為例，現(xiàn)有的方法通常存在氮化硼添加量大、導致基體綜合性能下降的問題。因此，構(gòu)建三維導熱網(wǎng)絡成為在低填料含量條件下提高聚合物導熱性能的有效手段。許培俊等人通過液相輔助超聲法剝離制備氮化硼納米片(BNNS)，并利用溶劑輔助的方法與聚醚多元醇(PPG)共混，使BNNS與PPG分子鏈原位結(jié)合。隨后，他們利用玻璃纖維布(GFC)通過一步發(fā)泡法制備出泡沫夾層結(jié)構(gòu)的納米氮化硼-聚氨酯/玻纖(BPUF/GFC)三維骨架，并將環(huán)氧樹脂(EP)浸漬其中，制備出環(huán)氧導熱復合材料(BPUF/GFC/EP)。聚氨酯體系本身泡孔分布均勻，作為模板方便快捷，且對環(huán)氧樹脂體系有一定的增韌效果。

該研究系統(tǒng)地分析了環(huán)氧復合材料的導熱性能、電絕緣性能、耐電弧性能以及拉伸力學性能，為環(huán)氧樹脂的導熱改性和在電力電纜領(lǐng)域的應用提供了堅實的理論基礎(chǔ)。

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