基于比等效热阻法的片状填料填充聚合物复合材料的导热性的预测

基于比等效热阻法建立了简化了的片状填料填充聚合物基复合材料的导热模型并推导出了相应的等效导热系数公式。以云母片填充聚乳酸为例,应用有限元软件ANSYS建立了云母体积分数在11％下的聚乳酸/云母复合材料的三维稳态热传导单元模型,并模拟了热流沿云母片厚度方向和径向传递的过程。结果表明,当热流沿云母片轴向方向上流动时,经ANSYS模拟求得的复合材料的等效导热系数和文中推导的公式的所给出的预测值更为接近;当热流沿云母片的径向流动时,随着云母体积分数的增加,复合材料的等效导热系数的预测值呈指数性增长,并且高于ANSYS的计算结果。有限元结果和本文的公式均表明,片状填料填充聚合物复合材料的等效导热系数可分解为是沿热流不同正方向上的贡献,更长的等效导热路径使片状颗粒在填充聚合物后能提供更为出色的导热性能。     

复合泡沫塑料等效导热系数的数值模拟

通过有限元分析软件ANSYS中APDL参数化语言二次开发编程,建立了空心玻璃微球填充酚醛树脂复合泡沫塑料空间随机分布模型。选取代表体积单元进行有限元分析,模拟了不同空心玻璃微球填充量下复合泡沫塑料等效导热系数的变化。研究表明:空心玻璃微球有效阻隔了体系内热流的传递,提高了复合泡沫塑料的隔热性能,随着微球含量的增加,体系的等效导热系数由纯环氧树脂的0.203 W/(m·K)减小到体积分数40%填充量时的0.138 W/(m·K)。引入经典模型和实验数据进行验证,与经典模型相比,有限元分析方法更能准确模拟复合泡沫塑料等效导热系数的实际情况。     

三维五向石英/环氧复合材料的热传导性

为了给三维编织复合材料在热传导方面的设计应用提供必要的依据,以石英纤维和环氧树脂为原料,制备三维五向石英/环氧复合材料,通过瞬变平面热源法测量复合材料的导热系数,分析纤维体积分数、编织角和不同减纱方法对复合材料轴向及径向热传导性能的影响.结果表明:三维五向编织复合材料的热传导性能沿着轴向和径向呈现出各向异性;其轴向导热系数随着纤维体积分数增大而增大,随着编织角增大而减小;其径向导热系数随着纤维体积分数和编织角的增大而增大;减纱会降低三维复合材料的热传导性能,与减纱线细度、分散减列相比,集中减列的影响最明显,轴向和径向导热系数分别降低了3.2%和3.0%.     

纤维体积分数对单向C/C复合材料导热系数的影响

采用无维布叠层的方式获得不同纤维体积分数的单向长炭纤维预制体,以化学气相渗透(CVI)增密技术制备了单向C/C复合材料.讨论了C/C复合材料的导热机理以及纤维体积分数对单向C/C复合材料导热系数的影响.研究表明,材料沿纤维方向的导热系数约为垂直纤维方向的10倍;材料沿纤维方向的导热系数在不同热处理温度下都随纤维体积分数的增加而增加,而材料垂直纤维方向的导热系数在低热处理温度下随纤维体积分数的提高而略增,但在高热处理温度下随纤维体积分数的提高先增加再降低.     

隔热环氧树脂的研究及其在电缆桥架上的应用

选用导热系数很小的无机填料和增韧效果好的石棉纤维对环氧树脂进行填充改性；采用硅烷偶联剂对无机填料和石棉纤维进行表面处理，提高无机填料与聚合物基体的界面相互作用；用自行设计的方法测试材料的隔热性能，结果表明：导热系数小的无机填料明显地改善了环氧树脂复合材料的隔热性能，石棉纤维极大地提高了环氧树脂的冲击韧性，环氧树脂复合材料做成的电缆桥架已投入试运行，并且运转效果良好．     

片状氧化铝/球形氮化硼导热膏的制备及表征

以熔盐法制备了片状氧化铝、以喷雾干燥法制备了球形氮化硼,以二者为填料、二甲基硅油为基体制备了导热膏。利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜和X射线衍射仪对制备的粉体进行了表征,研究了片状氧化铝和球形氮化硼的添加量对提升导热膏的导热系数的影响。结果表明:在单一片状氧化铝填料的量(体积分数)从20%增加到65%的过程中,导热膏的导热效率随填料量的增加而不断增加,在添加球形氮化硼的导热膏中也有相似的规律;当两种填料同时使用时导热效果较好,片状氧化铝的添加量为60%时,导热系数最大值为2.76 W·(m·K)~(-1)。     

填料粒子对复合材料导热性能影响的数值模拟

应用ANSYS Workbench软件中的稳态热分析模块,主要针对填料的几何形态、空间取向和空间堆积方式进行了数值模拟。结果发现:体系的导热系数随着填充填料的几何形状变化而变化,其中填充纤维状填料的体系导热系数最优;纤维状填料/橡胶基体的导热系数随着纤维填料长径比的增加而变大;纤维填料的空间取向对导热性能有显著影响,不同粒径的颗粒混杂及颗粒与纤维混杂都能使体系具有更高的导热系数。     

导热聚合物复合材料的研究进展

针对几种导热填料在导热聚合物复合材料研究中的应用情况,概述了近年来导热聚合物复合材料的一些研究进展,简要阐述了几个影响导热聚合物复合材料热导率的因素.多种导热填料的研究丰富了导热聚合物复合材料的性能与应用,特别是纳米导热填料的研究为获得性能优异的导热聚合物复合材料提供了新的途径,然而,目前的研究所能提供的建立有效的热传...     

三维与准三维碳纤维增强轻质复合材料传热对比研究

基于随机算法,建立了三维与准三维碳纤维增强轻质复合材料代表性体积单元模型,利用周期性边界条件,开展其传热行为对比研究。结果表明：利用随机算法与周期性边界条件,可构建纤维增强复合材料代表性体积单元模型,模型预测值与实测值仅相差0.5%;相同纤维长径比与体积分数,三维碳纤维轻质复合材料面内导热系数比准三维碳纤维轻质复合材料面内导热系数低,厚度方向上则相反,且随长径比增加,三维与准三维碳纤维轻质复合材料的面内导热系数差值显著变大。     

纳米填料对储能式散热器性能影响的数值研究

针对储能式电子器件散热器性能受相变材料较低导热能力限制的问题,采用添加高导热纳米填料的方法提高相变材料的表观导热系数,并对储能式散热器的性能提升潜力进行分析. 在短时大功率加热(热流密度为10 W/cm2)的条件下,对以二十烷为相变材料的储能式散热器在添加碳纳米管填料之后的工作过程(熔化和凝固传热)进行了三维数值模拟. 结果显示,由于相变材料表观导热系数的提高,散热器的性能随碳纳米管添加量的增加而提升,其提升程度与添加量呈近似线性相关| 当加入体积分数为10%的碳纳米管时,散热表面的最大温升相对于无碳纳米管的情形降低了8 ℃,散热器的等效总热阻则降低了14%,说明该方法是提高储能式散热器性能的有效途径．     

水基碳纳米管纳米流体在矩形腔内的自然对流传热

为了评估碳纳米管在强化传热技术中的应用潜力, 采用实验方法研究水基碳纳米管纳米流体在矩形封闭腔内的自然对流传热性能, 由实验得到瑞利数为1.92×105～2.52×106范围内不同颗粒体积分数的纳米流体沿矩形封闭腔热流方向的平均努塞尔数分布.采用瞬态热线法和旋转黏度仪测量水基碳纳米管纳米流体的导热系数和黏度,探究纳米流体导热系数和黏度与纳米颗粒体积分数的变化关系,分析纳米流体导热系数和黏度对纳米流体自然对流传热的影响.结果表明:在封闭腔内纳米流体沿热流方向的平均努塞尔数随着瑞利数的增加而增大,封闭腔内对流传热不断增强;与水的自然对流传热相比,在低瑞利数(Ra＜8.5×105)时,纳米流体自然对流传热效果随着颗粒体积分数的增加而增强;在高瑞利数(Ra＞8.5×105)时,体积分数为0.48%的纳米流体的平均努塞尔数比水大,自然对流传热得到强化,而体积分数为1.45%的纳米流体的平均努塞尔数比水小,自然对流传热减弱.     

球形氧化铝导热膏的制备及其导热性能

以球形氧化铝为导热填料、二甲基硅油为基体,通过物理混合的方法制备了一系列氧化铝/硅油导热膏。通过增加氧化铝的添加量、加入硅烷偶联剂KH570以及粒径复配等提高导热膏的导热系数。用扫描电子显微镜(SEM),对球形氧化铝进行形貌表征;用KD2Pro导热仪,对所制得的导热膏进行导热性能测试。结果表明:导热膏的导热系数随着氧化铝添加量的增大而增大,当氧化铝填充体积分数为60%最好;硅烷偶联剂KH570可以有效提高导热膏的导热系数,加入量(质量分数)在1.5%~2.5%时,效果良好;粒径的复配可以进一步提高导热膏的导热性能。     

凉感聚乙烯复合纤维的制备与性能

采用熔融纺丝成型方法制备了绢云母/聚乙烯复合纤维,研究了复合纤维导热系数和力学性能.结果表明,引入的绢云母粉能够有效提高复合纤维的导热系数,随着绢云母粉质量分数的增大,复合材料的导热系数也随着增大.在绢云母粉质量分数为0.150％ 时,导热系数达到了0.49W/(m·K),较高密度聚乙烯提高了近23.67％.水浴牵伸倍...     

纳米银/环氧树脂纳米复合材料制备和性能表征

以乙二醇作为还原剂,采用微波法制备长径比不一的银纳米材料。采用SEM和XRD对不同长径比的纳米银进行了表征。以不同长径比的纳米银作为导热填料成功的制备了导热性能优异的环氧复合材料。环氧复合材料的热性能和力学性能测试表明：当长径比为33的银纳米线在较低的填充量具有较高的热导率,比填充纳米方块的环氧复合材料高约9倍（热导率为16.63 W·m-1.K-1）。填充银纳米线的环氧复合材料的抗剪切强度（以铝为基板的抗剪切强度为18.7 MPa）相比于填充相同体积分数的银纳米方块和银纳米棒的环氧复合材料均有不同程度的提高。     

FLUENT模拟分析巴基纸基复合材料的温度场分布

为了研究加热过程中加热功率及聚合物基体导热系数等因素对巴基纸基复合材料达到稳态所需时间及温度场分布的影响规律,采用有限元软件FLUENT分别模拟了不同工况条件下矩形弯曲、正弦形及平板形巴基纸增强聚合物基复合材料的热传导性能。计算结果表明:三种形状巴基纸基复合材料加热达到稳态后整体温度水平均随加热功率的增大呈线性增长,且巴基纸基复合材料达到稳态时所需时间也随加热功率的增大而延长。随着聚合物基体材料导热系数的增大,巴基纸基复合材料温度分布更加均匀,且巴基纸基复合材料达到稳态所需要的时间越短。分析认为,加热功率对巴基纸基复合材料温度分布规律的影响主要通过巴基纸加热片的单位体积热源起作用;聚合物基体导热系数增大利于巴基纸加热片热量的散出,因此缩短了巴基纸基复合材料达到稳态的所需时间。     

基于热阻网格法的正交三向复合材料导热系数预测模型

为预测复合材料导势系数,基于热阻网格法的求解思想,建立正交三向结构石英纤维增强复合材料在经纱、纬纱、Z向纱方向上的等效热传导系数预测模型;通过树脂传递模塑(RTM)工艺,设计并制备了不同工艺参数(纱线细度、经纬纱密度和纤维体积含量)的正交三向石英纤维增强环氧树脂复合材料,采用热常数分析仪以瞬态热源法对复合材料在3个方向上的导热系数进行测试,对本文预测模型进行验证。结果表明:与实测值相比,经纱、纬纱、Z向纱3个方向上的导热系数预测值平均误差分别为5.59%、7.81%和4.21%,均在10%以下,说明该模型的预测精度符合要求,可用于正交三向石英纤维增强复合材料的导热系数预报。     

变热流工况土壤导热系数对热恢复特性的影响研究

土壤热恢复特性是土壤源热泵长期稳定高效运行的决定性因素之一.土壤导热系数是土壤热物性最重要的参数之一,对土壤的热恢复特性具有决定性意义.利用ANSYS有限元分析模型,模拟研究在变热流工况下,土壤的导热系数对土壤热恢复特性的影响.     

SiO2@GNP/LDPE 复合材料的制备及其介电、导热性能

5G通信的快速发展对低介电常数高导热系数的介质材料提出了明确要求。通过溶胶-凝胶法,将球状二氧化硅(SiO_2)紧密包覆在片状石墨烯(GNP)上,得到SiO_2@GNP (SG)复合材料,再将其填充至低密度聚乙烯基体(LDPE)中,制得SG/LDPE (SGL)复合材料。研究表明,相比于纯LDPE,当填料含量为1%时, SGL复合材料的介电常数相比纯LDPE降低了13.3%(10 Hz),介电损耗低于0.021 (10～106Hz),导热系数达到了0.555 W/(m·K),较纯LDPE相比提升了15%,显示出良好的电绝缘性和导热性。这类具有低介电常数、低介电损耗和高导热系数的复合材料,能够扩大应用场景,提高使用寿命,为5G通信领域的广泛应用提供一个可行的方向。     

基于聚苯并噁嗪/氮化硼三维骨架的导热环氧树脂复合材料的制备与性能

针对导热复合材料中填料含量过多会导致力学等性能下降以及三维导热骨架中黏合剂与树脂基体相容性差的问题,本文采用牺牲盐模板法,制备了基于聚苯并噁嗪/氮化硼(PPH-ddm/BN)三维导热骨架,进一步与环氧树脂(epoxy, EP)复合,得到了环氧树脂/聚苯并噁嗪/氮化硼(EP/PPH-ddm/BN)复合材料。当BN质量分数为19%时,复合材料的导热系数为1.01 W·m^-1·K^-1,比纯环氧树脂提高了381%。归因于三维导热网络的形成以及聚苯并噁嗪和环氧树脂间良好的相容性,降低了氮化硼与树脂基体的界面热阻。骨架碳化后,环氧树脂/碳/氮化硼(EP/C/BN)复合材料的导热系数最高可达1.38 W·m^-1·K^-1,比纯环氧树脂提高了557%,为目前相同BN含量下聚合物基复合材料的最高值。复合材料的硬度与弯曲强度随BN含量增加而提高,相关研究为发展填料含量较低的热管理材料提供了新思路。     

含内热源复合平板等效导热系数研究

为了解决核燃料中涉及的含内热源复合材料导热问题,本文对含内热源复合平板提出了以平均温度为研究对象的等效导热系数研究方法.基于格林函数法,将复杂的分布式热源问题转化为单个热源的叠加,推导获得了发热板均匀分布时的等效导热系数模型,并与无内热源时的热阻串联模型对比.分析表明:含内热源复合平板的等效导热系数模型与两相材料导热系数的相对大小、发热材料数量、发热材料相对尺寸、热源的分布情况相关,与热源的绝对大小无关.