碳纤维复合材料导热系数研究

本文提出碳纤维复合材料X、Y、Z三方向的试样制备方法以及试验方法,并对不同树脂、铺层、纤维体积含量等对碳纤维复合材料的导热系数的影响程度作出初步的结论。     

预测聚合物基复合材料导热系数方法研究进展

用聚合物与高导热填料共混制得导热聚合物基复合材料应用在防腐和节能要求较高的换热场合,符合换热设备新材料的要求;而复合材料的等效导热系数预测比较复杂,本文总结了预测聚合物基复合材料等效导热系数的各种方法,包括傅里叶定律法、最小热阻力法、热阻网络法、逾渗理论方法和均匀化方法,归纳了这些模型和方法的特点,对应用这些模型和方法提出了参考性的建议.     

膏状物材料导热系数和界面热阻稳态测量法

依据ASTM D-5470测试标准搭建稳态法测量装置,同时结合具有特殊结构的样品支架,可以实现膏状物材料导热系数及其与固体表面之间界面热阻的测量。样品支架上具有不同深度的凹槽,凹槽的深度决定了膏状物材料的厚度。利用稳态法测量装置测量试样的热阻,并计算相应凹槽区域的整体热阻,最后利用最小二乘法直线拟合的方式计算膏状物材料的导热系数和界面热阻。     

随机结构复合材料等效导热系数的理论预测

基于随机生成结构法创建了纤维随机排布的复合材料纤维体,采用链表数据结构实现了一种物理直观、不依赖网格划分的纤维体等效导热系数理论预测方法。将该方法用于酚醛浸渍碳烧蚀材料,研究了影响等效导热系数的相关因素。结论表明:复合材料的等效导热系数并非材料固有属性,纤维长度与试件尺度相近时,试件尺度会影响材料导热系数;单位空间的纤维根数与等效导热系数呈非线性正相关关系;但等效导热系数并非体积分数的单变量函数,还取决于纤维的连通性,有效长度愈小,则表明连通性愈好,等效导热系数愈大。      

导热系数对红外隐身复合材料性能的影响

分析了导热系数对基于石蜡微胶囊红外隐身复合材料性能的影响，通过添加铝粉改变其导热系数并对改进效果进行验证，结果证明复合材料的红外分割效果得到改进。     

石墨烯及其复合材料导热系数测量的研究进展

石墨烯是当下材料学研究的热点和难点,其优越的导热性能,超越了绝大多数的材料,具有广泛的运用前景。近10年来,石墨烯产业的快速发展对其导热系数准确测量的需求越来越迫切。对石墨烯及其复合材料的定义、制备方法和在散热上的应用进行了综述;介绍了传统的导热系数测量方法,以及适用于石墨烯导热系数测量的激光闪光-拉曼光谱法和电热微桥法,对比了部分文献报道的石墨烯导热系数测量值;对熔融注塑法制备的还原氧化石墨烯和聚丙烯复合材料样品的导热系数和热扩散系数进行了测量,从热扩散系数测量结果发现其导热性能存在严重的各向异性;根据测量研究进展指出当前石墨烯及其复合材料导热系数测量存在的问题,并分析了导致这些问题的原因;最后,对石墨烯及其复合材料导热系数测量的研究进展进行总结和展望。     

固相纳米复合材料的导热系数预测

研究了分散剂和纳米颗粒对固相纳米复合材料导热系数的影响。假设纳米颗粒在纳米流体中均匀分布,构建了一个考虑纳米颗粒尺度和分散介质影响的物理分析模型;并由此利用最小热阻力法则和比等效导热系数相等法则,建立了一个固相纳米复合材料的导热系数理论模型。计算结果表明,颗粒的体积分数和导热系数、以及分散剂导热系数的增大,都会引起复合材料导热系数的增大。     

氮化硼/聚合物导热复合材料界面热阻调控研究进展

随着5G时代的发展,电子器件领域的热管理问题日发严峻。氮化硼（BN）是一类高热导率（TC）、高绝缘的导热填料,广泛应用于热管理领域,包括六方氮化硼（h-BN）、氮化硼纳米片（BNNS）和氮化硼纳米管（BNNT）。然而,BN表面呈化学惰性,其与基体或其他填料间亲和力低、声子谱失配等,导致了填料与基体/填料间存在明显的界面热阻,限制了复合材料TC的提升,难以满足使用要求。因此,如何调控界面热阻、设计BN/聚合物导热复合材料的热传导界面,并提高复合材料的导热能力是当前亟待解决的难题。研究者分别从理论模拟与实验验证两个角度对热流在界面传导的差异及其原因进行探索。在理论研究中,将分子动力学（MD）模拟及有限元模拟（FEA）等方法结合有效介质模型及其优化模型、Foygel模型等能够对界面热阻（ITR）进行深入的理论模拟与分析;其中,影响界面热阻的关键参数包括BN含量、尺寸及晶体状态、BN的分布形貌等。在实验设计中,为了改善填料与基体间界面热阻,首先对BN表面共价键改性或表面包覆,随后结合聚合物种类设计相应的官能团来改善BN与聚合物的界面作用力;其中BN表面的共价键改性对BN本身晶体结构有一定的破坏...     

导热系数测定中的影响因素研究

本文着重研究了试样厚度、不平整度、不平行度、湿度、温度、热传导介质等诸因素对导热系数的影响,并作出定量说明。     

差示扫描量热法测定石英纤维/聚酰亚胺复合材料的导热系数

基于差示扫描量热(DSC)法,研究了石英纤维/聚酰亚胺复合材料的导热性能。通过将熔融物质铟放置于试样之上和未放置试样时的热流信号的差异,计算出试样的导热系数,并对试验条件进行优化,得到了满意的结果。结果表明：在试样接触面涂抹导热硅油,可有效降低空气热阻,增大导热系数,使用该试样进行DSC测试,得到的测试结果准确、可靠且重复性较好。     

航天复合材料热导率测量的实验研究

通过实验研究了复合材料中玻璃纤维和碳纤维的不同配比对热导率影响。采用瞬态平面热源法,使用Hotdisk热常数分析仪获得了不同配比下玻璃纤维-碳纤维复合材料热导率与温度变化曲线。实验结果表明:随着温度降低,复合材料热导率减小;复合材料的热导率都随着碳纤维布含量的增加而升高。     

晶体材料导热性质的经验方程与预测方法

依据现有相关的功能晶体材料导热系数实验数据，寻求了晶体材料导热系数与平均原子密度和平均原子量之间关联的经验方程，并对Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体和碳化物晶体材料给出了经验方程中的常数，从而为这些晶体材料导热性质的预测提供了一种可靠的方法。     

周期性复合材料等效传热系数预测的渐进均匀化新算法及其实现

渐进均匀化方法具有严格的数学基础,预测周期性复合材料的等效热传导系数具有较高的计算精度。本文提出了基于渐进均匀化方法预测周期性复合材料等效热传导系数的新算法。相比原有的算法具有两个优点：它的实现与代表体元方法一样简单,新的算法以现有的有限元商业软件为黑箱,通过简单的几个分析步骤,即可以获得复合材料的等效热传导系数;可以利用商业软件提供的多种单元类型去离散同一个单胞,在处理复杂几何单胞结构时,可以节约大量的计算费用。通过几个典型的算例,验证了方法的有效性。该工作对于推广渐进均匀化方法在预测复合材料等效热传导系数的广泛应用具有积极作用。     

热传导聚合物基复合材料的研究进展

本文主要介绍了聚合物基复合材料的导热机理 ,以及预测二相体系复合材料热导率的理论模型方程。同时介绍了聚合物基导热材料的 3种类型及其具体应用 ,并提出聚合物基导热材料现阶段值得开发的课题和研究方向     

粉煤灰-硅藻土复合相变储能材料制备及导热强化

固废资源化利用是实现节能减排的重要途径,以月桂酸为相变工作介质,以粉煤灰-硅藻土二元载体为封装材料,碳纳米管为导热剂,采用直接熔融共混法制备出月桂酸/粉煤灰-硅藻土/碳纳米管复合相变储能材料。采用热扩散渗透测试、傅里叶红外光谱仪(FTIR)、差示扫描量热仪(DSC)、热重分析仪(TGA)、无纸记录仪等分别考察了定形复合相变储能材料的承载性能、微观结构和热物性。结果表明:粉煤灰-硅藻土二元载体可有效防止月桂酸的泄漏,当二元载体中月桂酸的质量分数为28%时可制得无泄漏复合相变储能材料,且原样粉煤灰利用率为55%;FTIR结果表明复合材料中各组分之间相容性好;DSC测得其熔化相变温度为45.79℃,相变潜热为51.06 J/g;TGA分析显示月桂酸/粉煤灰-硅藻土/碳纳米管热稳定性较好;储/放热性能曲线显示加入质量分数为5%的碳纳米管时,复合相变储能材料的熔化与凝固时间分别减少60%和62.5%,传热效率得到显著改善。     

Automatic FEM model generation for evaluating thermal conductivity of composite with random materials arrangement

A new modeling method has been developed to generate FEM model of composite with complicated materials arrangement, especially random arrangement. The structure of a composite is considered to be composed of some very simplified basic models. For each basic model, the dispersions are assumed to have the same geometry and with one of the following three types of orientation: one dimensional, two dimensional random and three dimensional random. When the geometry, orientation type and number of dispersion are given, the computer randomly generates the position and orientation for each dispersion, and creates the geometrical model and FEM mesh. The effective thermal conductivity of composite has been calculated based on the models generated with this method and compared to the values obtained by analytical method and experimental measurement. The influence of some factors such as model size and mesh refinement on the reproducibility and accuracy of calculation is discussed.     

高导热炭材料的研究进展

炭材料具有高热导率、低密度、优异的机械性能,是近年来最具发展前景的一类散热材料.本文结合炭材料结构和传导机理主要介绍目前国内外在提高炭材料热导率方面的研究工作及发展趋势.     

Estimation of thermal properties of composite materials without instrumentation inside the samples

Recent contributions of parameter estimation in the measurement of thermal properties are of great importance. In comparison with other techniques such as steady state (hot guarded plate, etc.) or transient (line source method, flash method, etc.), the use of parameter estimation provides more information and, in most cases, produces faster results. With this technique the thermal conductivity and the volumetric specific heat are estimated simultaneously and as a function of time, temperature, or position. This method requires experimental data, such as transient temperature and heat flux measurements. Previously, the temperature measurements came from thermocouples embedded in the sample. These thermocouples are introduced in the sample either by drilling holes or by molding the material around a series of thermocouples. Both operations are time-consuming and costly and are needed for each sample. In this study, temperature measurements are made only on the two sides of the samples with thin resistance thermometers. Since the sensors are not inside the material, the effect of the thermal contact conductance between sensor and sample was first investigated. The value of this thermal contact conductance was estimated by using samples of high-conductivity material. Using these values, the estimated thermal properties obtained with surface temperature measurements are compared with values provided by other methods for several low-thermal conductivity materials; agreement has been very good.     

原料配比对石墨材料热传导性能的影响

以煅烧石油焦和煤沥青为基本原料，采用热压工艺制备了一系列石墨材料，考察了煅烧石油焦填料的粒度分布以及粘结剂用量对石墨材料的传导性能的影响，并阐明了粘结剂与填料粒子在热混捏与热压过程中相互作用原理。结果表明：石墨材料的传导性能不仅依赖于原料种类，粒度，而且与其质量配比有关，有最佳原料配比所制备的块状石墨具有高密度，低孔率，低电阻以及高导热等特点；填料煅烧石油焦颗粒以及粘结剂用量的过多或过少，都不利于石墨材料的传导性能，本文填料中最佳煅烧石油焦颗粒用量为25%，原料中最佳粘结剂含量为25%。     

Concurrent design of composite materials and structures considering thermal conductivity constraints

This article introduces thermal conductivity constraints into concurrent design. The influence of thermal conductivity on macrostructure and orthotropic composite material is extensively investigated using the minimum mean compliance as the objective function. To simultaneously control the amounts of different phase materials, a given mass fraction is applied in the optimization algorithm. Two phase materials are assumed to compete with each other to be distributed during the process of maximizing stiffness and thermal conductivity when the mass fraction constraint is small, where phase 1 has superior stiffness and thermal conductivity whereas phase 2 has a superior ratio of stiffness to density. The effective properties of the material microstructure are computed by a numerical homogenization technique, in which the effective elasticity matrix is applied to macrostructural analyses and the effective thermal conductivity matrix is applied to the thermal conductivity constraint. To validate the effectiveness of the proposed optimization algorithm, several three-dimensional illustrative examples are provided and the features under different boundary conditions are analysed.