Hebei Messi Biology Co., Ltd. gab an, dass Magnesiumhydroxid [Mg(OH)2] ein Flammschutzmittel ist, das wir alle kennen. Es wird häufig Polymermaterialien zugesetzt, um den Sicherheitsfaktor von Polymermaterialien zu verbessern, bei denen Probleme wie Entflammbarkeit und hohe Rauchentwicklung auftreten. Bei einem Brand zersetzt sich Magnesiumhydroxid nach der Erhitzung, wodurch gebundenes Wasser freigesetzt wird und eine große Menge latenter Wärme absorbiert wird, wodurch die Oberflächentemperatur des gefüllten synthetischen Materials in der Flamme sinkt. Gleichzeitig kann es auch den Rauch unterdrücken, wodurch die Rauchdichte während der Verbrennung erheblich verringert wird und das Erstickungsrisiko der im Feuer eingeschlossenen Opfer aufgrund des dichten Rauchs verringert wird.
Bei einem so hervorragenden Flammschutzmittel wäre es großartig, wenn es seine Aufgabe einfach gut erfüllen würde. Manchmal kann die Leistung jedoch über die normale Leistung hinausgehen. So haben Forscher beispielsweise kürzlich entdeckt, dass Magnesiumhydroxid und andere wärmeleitende Füllstoffe unter bestimmten Bedingungen, wenn sie Polymermaterialien gemeinsam zugesetzt werden, gleichzeitig auch die Rolle der „synergistischen Wärmeleitfähigkeit“ spielen können.
Warum müssen wir die Wärmeleitfähigkeit von Magnesiumhydroxid untersuchen?
Derzeit werden Isoliermaterialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit häufig in der Luft- und Raumfahrt sowie bei elektrischen Geräten verwendet. Was elektrische Geräte betrifft, so wird mit dem rasanten Wachstum des Strombedarfs die Kapazität von Stromübertragungsgeräten wie Transformatoren und isolierten Kabeln immer größer und die erzeugte Wärme immer höher. Dadurch wird die Alterung der Isoliermaterialien beschleunigt, was zu einer Verkürzung der Lebensdauer der Geräte führt. Daher ist die Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit von Isoliermaterialien in Stromkabeln von großer praktischer Bedeutung für die Verbesserung der Strombelastbarkeit von Kabeladern.
Bei Kabelmaterialien ist die Isolierung wichtig, und auch die Wärmeleitfähigkeit ist wichtig
Derzeit besteht die Hauptmethode zur Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit von Verbundwerkstoffen im In- und Ausland darin, der Polymermatrix durch ein bestimmtes Mischverfahren wärmeleitende Füllstoffe mit höherer Wärmeleitfähigkeit hinzuzufügen. Es gibt viele Arten wärmeleitender Füllstoffe. Derzeit ist die Forschung zu wärmeleitenden Isolierverbundwerkstoffen mit Einzelfüllstoffen relativ abgeschlossen. Zu den bekanntesten Füllstoffvertretern zählen Aluminiumoxid (Al2O3), Aluminiumnitrid (AlN), Bornitrid (BN) usw.
Unter diesen weist AlN eine sehr hohe Wärmeleitfähigkeit auf, ist jedoch teuer. Um eine bessere Wärmeleitfähigkeit zu erreichen, wenden Hersteller häufig einen „Mix-and-Match“-Ansatz an, indem sie Polymermaterialien zwei oder mehr wärmeleitende Füllstoffe hinzufügen. Bei den oben genannten Isoliermaterialien für Stromkabel muss bei der Auswahl des zweiten Füllstoffs der hohe Bedarf an Kabeln berücksichtigt werden – der Sauerstoffgrenzwert (LOI) der üblicherweise in Stromkabeln verwendeten Isoliermaterialien liegt meist unter 21 %, was bedeutet, dass diese Materialien in der Luft extrem leicht brennen. Durch die Zugabe einer großen Menge Flammschutzmittel zum Isoliermaterial kann der Sauerstoffindex des Verbundmaterials erhöht werden, wodurch eine schnelle Wärmeabsorption und Rauchbeseitigung beim Verbrennen des Materials erreicht und somit dessen Zuverlässigkeit und Sicherheit verbessert werden kann. Daher kann als zweiter Füllstoff ein Flammschutzmittel verwendet werden, bei dem es sich um das in dieser Studie verwendete Magnesiumhydroxid [Mg(OH)2] handelt.
Untersuchungen zufolge bringt die Zugabe von Magnesiumhydroxid vor allem folgende Effekte mit sich:
(1) In Verbundwerkstoffen mit mehreren Füllstoffen kann die Einarbeitung von Mg(OH)2 die Wärmeleitfähigkeit der Verbundwerkstoffe verbessern und hinsichtlich der axialen Wärmeleitfähigkeit einen gewissen Synergieeffekt mit BNNs erzeugen, wodurch die axiale Wärmeleitfähigkeit der Verbundwerkstoffe weiter verbessert wird.
(2) Bei unterschiedlichen Dotierungsgehalten beeinflusst die Dicke die Wärmeleitfähigkeit des Materials stark. Im Vergleich zu Verbundwerkstoffen mit größerer Dicke führen Verbundwerkstoffe mit geringer Dicke eher dazu, dass sich BNNs entlang der radialen Richtung der Probe anordnen, wodurch die radiale Wärmeleitfähigkeit des Verbundwerkstoffs auf makroskopischer Ebene verbessert wird. Das Verbundmaterial weist eine stärkere Anisotropie der Wärmeleitfähigkeit auf.
(3) Ab einer bestimmten Dicke, wenn der Füllstoffgehalt Mg(OH)2 dem Füllstoffgehalt der BNNs ähnelt, wird Mg(OH)2 die radiale Anordnung der BNNs weiter verstärken und somit die radiale Wärmeleitfähigkeit des Verbundmaterials verbessern. Wenn der Füllstoffgehalt Mg(OH)2 wesentlich höher ist als der Füllstoffgehalt BNNs, hemmt Mg(OH)2 die radiale Anordnung der BNNs und verringert somit die radiale Wärmeleitfähigkeit des Verbundmaterials. Gleichzeitig wird durch die Einarbeitung von Mg(OH)2 mit hohem Füllstoffgehalt auch die Bildung großer Wärmeleitungswege durch BNNs verhindert, was auch die radiale Wärmeleitfähigkeit des Verbundmaterials verringert.
(4) Durch die Einarbeitung von Mg(OH)2 und BNNs erhöhen sich die Dielektrizitätskonstante und der dielektrische Verlustfaktor des Verbundmaterials bei Industriefrequenzen, und die dielektrischen Eigenschaften verbessern sich mit zunehmendem Gehalt der beiden Füllstoffe, was zu einer Verschlechterung der dielektrischen Eigenschaften des Verbundmaterials führt. Im Vergleich zur Zunahme der Wärmeleitfähigkeit ist die Abnahme der dielektrischen Eigenschaften des Verbundwerkstoffs jedoch geringer.
Aus diesem Grund kann Magnesiumhydroxid in Kabelisolationsmaterialien synergetisch Wärme leiten. Obwohl sich die entsprechende Forschung noch in einem frühen Stadium befindet, beweist sie auch, dass ähnliche „atypische wärmeleitende Materialien“ eine unerwartete Rolle spielen können, solange sie in der richtigen Haltung und zum richtigen Anlass auftreten.