橡膠復(fù)合材料導(dǎo)熱性能的空間量化分析及界面相影響研究.pdf

1、隨著科技的飛速發(fā)展，導(dǎo)熱高分子的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，已經(jīng)成為目前學(xué)者們研究的熱點(diǎn)。本文實(shí)驗(yàn)制備了氮化鋁填充三元乙丙橡膠復(fù)合材料，熱探針?lè)y(cè)量了其在不同填充分?jǐn)?shù)下的導(dǎo)熱性能并利用3D測(cè)量激光顯微鏡對(duì)其表面進(jìn)行了觀察。利用ANSYS有限元分析軟件模擬了填料粒子的空間分布、粒徑大小、粒徑正態(tài)分布、界面相特性對(duì)橡膠復(fù)合材料導(dǎo)熱性能的影響。同時(shí)，對(duì)單一球徑填充時(shí)的空間量化分析及帶有界面相模型的氮化鋁三元乙丙橡膠復(fù)合材料進(jìn)行了量化分析。
　　研究

2、表明:隨著氮化鋁填充量的增加，復(fù)合材料導(dǎo)熱性能呈現(xiàn)線(xiàn)性增加趨勢(shì)，填充氮化鋁可以極大提高復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能。由于制備的復(fù)合材料中反光物質(zhì)較多，利用3D測(cè)量激光顯微鏡很難直接觀測(cè)到復(fù)合材料中氮化鋁的分布情況。
　　在填充單一粒徑的粒子時(shí)，粒子在橡膠中的分布對(duì)復(fù)合材料導(dǎo)熱性能的影響較大。填料粒子在基體中的多選擇性可能形成分布較好的導(dǎo)熱通路，極大的提高復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能。同時(shí)粒子也可能發(fā)生團(tuán)聚或過(guò)于分散，不利于導(dǎo)熱通路的形成，從而造成不同

3、情況下復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能出現(xiàn)一定波動(dòng)性。通過(guò)對(duì)二維隨機(jī)模型的量化分析，得到了可以描述復(fù)合材料導(dǎo)熱網(wǎng)鏈的參數(shù)——熱流協(xié)同度。利用此參數(shù)值的大小可以判定復(fù)合材料導(dǎo)熱性能的大小。而且小粒徑粒子之間更容易相互接觸形成有利于熱量傳遞的導(dǎo)熱網(wǎng)鏈。
　　在填料填充率相同，粒徑的平方滿(mǎn)足正態(tài)分布時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)差越小復(fù)合材料導(dǎo)熱性能越大。但標(biāo)準(zhǔn)差為0.05時(shí)復(fù)合材料導(dǎo)熱性能最為穩(wěn)定。因此，粒徑最優(yōu)的情況應(yīng)該控制粒徑的平方標(biāo)準(zhǔn)差在0～0.05之間。

4、　　氮化鋁三元乙丙橡膠的實(shí)驗(yàn)值與模擬結(jié)果對(duì)比發(fā)現(xiàn)界面相對(duì)復(fù)合材料導(dǎo)熱性能的影響不可忽略。我們對(duì)Maxwell模型進(jìn)行修正得到了修正后三相Maxwell公式，同時(shí)通過(guò)修正的三相Maxwell模型公式可以反推出界面相厚度。
　　通過(guò)模擬界面相對(duì)碳納米管填充三元乙丙橡膠復(fù)合材料導(dǎo)熱性能的影響發(fā)現(xiàn):薄界面可以提高熱量向碳納米管的傳輸效率，但容易發(fā)生界面脫粘。厚界面可以增加粘結(jié)性，但影響了熱量向碳納米管的傳輸效率。因此在優(yōu)化填充型復(fù)合材料時(shí)