填充型復(fù)合材料導(dǎo)熱性能的數(shù)值模擬研究.pdf

1、導(dǎo)熱材料在化工、微電子、航空航天、國(guó)防軍工等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。隨著科學(xué)的發(fā)展和應(yīng)用的擴(kuò)大，人們對(duì)導(dǎo)熱材料提出了新的要求，希望其具有優(yōu)良的綜合性能。填充型聚合物復(fù)合材料不僅具有良好的導(dǎo)熱性能，而且具備耐腐蝕、質(zhì)輕、力學(xué)性能優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)，正逐漸替代傳統(tǒng)導(dǎo)熱材料發(fā)揮著重要的作用。填充型復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能取決于聚合物基體和導(dǎo)熱填料的協(xié)同效應(yīng)，并不是一個(gè)簡(jiǎn)單的共混過程。目前，在對(duì)復(fù)合材料導(dǎo)熱的模擬預(yù)測(cè)中，存在很多的不足，不夠深入與完善，尤其在高填

2、充下，模擬預(yù)測(cè)值與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的誤差較大。因此，建立合理的計(jì)算模型，對(duì)影響導(dǎo)熱性能的因素及其影響規(guī)律進(jìn)行研究分析，對(duì)導(dǎo)熱復(fù)合材料的設(shè)計(jì)具有重要的意義。
　　本文考慮到低填充和高填充下微觀結(jié)構(gòu)的差異，分別建立了對(duì)應(yīng)的代表性體積單元，對(duì)填充型聚合物復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能進(jìn)行了數(shù)值模擬研究，為復(fù)合材料的設(shè)計(jì)提供了參考依據(jù)。主要研究?jī)?nèi)容和成果如下：
　　制備了多組氧化鋁增強(qiáng)環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料，對(duì)導(dǎo)熱填料在基體中的分布特性進(jìn)行了SEM觀察：低

3、填充量下，顆粒在基體中分散良好，近似于隨機(jī)分布；高填充量下，顆粒在基體中的分布具有顯著的微觀不均勻性。對(duì)樣品的熱導(dǎo)率進(jìn)行測(cè)試，分析了填充體積分?jǐn)?shù)對(duì)復(fù)合材料熱導(dǎo)率的影響。
　　根據(jù)SEM圖分別建立了能表征復(fù)合材料微觀特性的代表性體積單元（RVE）：運(yùn)用隨機(jī)序列吸附法生成模型參數(shù)，從而建立低填充下顆粒隨機(jī)分布的三維RVE模型；通過控制粒子稀疏區(qū)域來表征體系內(nèi)的非均勻分布，從而建立高填充下的三維RVE模型。對(duì)模型進(jìn)行有限元求解，得到復(fù)合

4、材料熱導(dǎo)率的預(yù)測(cè)值，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合良好，從而證明了本文建立的RVE模型能較為準(zhǔn)確地描述復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)。
　　最后，模擬分析了多種因素對(duì)復(fù)合材料導(dǎo)熱性能的影響及其影響規(guī)律，研究結(jié)果表明：（1）復(fù)合材料的熱導(dǎo)率隨填充體積分?jǐn)?shù)的增加而增加，且增加的幅度越來越大；（2）低填充下，填料顆粒的粒徑對(duì)復(fù)合材料導(dǎo)熱性能的影響并不顯著；（3）選取片狀或纖維狀的填料更有利于復(fù)合材料導(dǎo)熱性能的提升；（4）填料與基體的熱導(dǎo)率之比存在一個(gè)臨界值，超過臨