聚合物复合材料导热性能的研究

论述了填充聚合物复合材料的导热性及其变化规律；总结了复合材料导热的理论模型和导热系数预测方程，对比研究了各种导热模型的区别与联系；分析了影响复合材料导热特性的因素。     

石墨烯及其复合材料导热性能的研究现状

阐述了单层石墨烯、石墨烯带及石墨烯复合材料的导热性能。介绍了各种测试模型,综述了石墨烯的层数、纵横比、几何结构、边缘粗糙度、衬底耦合作用、温度等因素对其导热性能的影响。提出了石墨烯及其复合材料导热性能可深入研究的方面。     

粒子填充聚合物基复合材料导热性能的数值模拟

根据电镜照片中观察的微观结构信息,基于两套新设计的算法建立了代表体积元(RVE)模型,基于此模型研究了粒子填充聚合物基复合材料的导热性能与微观结构的关系。通过对电镜照片的处理得到两个参数即稀疏区比重和稀疏区半径,建立了与实际体系相符的具有非均匀粒子分布结构的 RVE模型。制备了氧化铝/高温硫化硅橡胶导热复合材料,并测试了不同填充量下体系的热导率,用以验证模型的有效性。采用有限元方法求解RVE模型得到的热导率预测值与实验值进行对比,结果表明：填料用量在宽范围内预测结果与实验值均吻合很好; 与均匀分布或随机分布相比,存在稀疏区和富集区的非均匀分布的体系具有更高的热导率,这种差异在高填充量下当颗粒间形成导热网链时更为显著;在相同填充量下,不同的粒子空间分布结构可使体系热导率差别很大,是影响体系热导率的关键因素。     

碳纳米管/导热硅脂复合材料的导热性能

为了提高导热硅脂的导热性能,本文研究了一种新型的碳纳米管/导热硅脂复合材料。研究结果表明,酯化处理后的碳纳米管有利于其在导热硅脂中的分散,并由此在导热硅脂中形成一个有效的导热网络,达到提高导热硅脂导热性能的目的。     

高填充ZnO对EVA胶膜导热性能的影响

制备了高含量ZnO/EVA胶膜。研究了ZnO粒径、用量等对复合胶膜导热性能、力学性能以及粘接性的影响。比较了晶须ZnO与粉状ZnO对复合胶膜导热系数的影响。采用热重分析仪测定了胶膜热失重曲线,并采用扫描电镜(SEM)观察了复合胶膜中ZnO的分散和界面结合状态。复合材料导热系数的实验结果与Maxwell-Eucken模型较吻合,但Maxwell-Eucken模型只适用于低填充情况。     

单向纤维复合材料导热性预测

本文利用均匀化方法预测复合材料导热性。采用这一方法给出了单向纤维复合材料沿纤维方向的导热性表达式;将该方法与有限元技术结合得到了在垂直于纤维方向上复合材料导热性数值形式的预测结果。根据这些结果我们用曲线形式给出了材料导热性同各组分体分比间的关系,分析了体分比、纤维截面形状和分布方式、纤维和基体间的相对导热系数等因素对材料整体导热性影响。注意到纤维分布的随机性,本文还研究了纤维相对位置对材料导热性的影响,指出相对位置的变化可导致材料的各向异性导热性。本文指出基体相导热性对材料整体导热性的影响比纤维相的影响更重要。和已有的理论和实验结果的比较说明,本文提出的方法是很有效的。      

石墨烯/聚丙烯复合材料导热性能测量分析研究

针对现有文献报道的石墨烯/PP复合材料导热系数测量结果差异较大,该文对相应测量方法、仪器、样品尺寸和测量结果等进行分析和评价。制备质量分数为5%至30%的石墨烯/PP复合材料块状和薄片状等样品,分别通过QTM500型、TC3000型和DRE-Ⅲ型3种瞬态导热系数测试仪对块状样品导热系数进行直接测量,并通过LFA467型激光闪光法导热仪、DSC3+型差示扫描量热仪和ZB603C型电子天平和密度组件分别对各质量分数石墨烯/PP复合材料样品的热扩散系数、比热容和密度进行测量后计算获得导热系数。结果表明：3种瞬态导热系数测试仪测量纯PP、5%和10%质量分数石墨烯/PP复合样块导热系数偏差在2.6%～8.7%范围内,大于各仪器声称测量偏差;直接测量法与间接测量法获得的导热系数偏差大于36%,且随石墨烯质量分数的增加而变大。因此,在测量复合材料导热系数时应选择适用尺寸和量程的直接测量法,导热系数等热物性参数的量值传递体系仍需进一步建立和完善来提高直接测量法的准确性和间接测量法的可靠性。     

储能陶粒填充石膏材料中颗粒分布分形及其对导热性能的影响

应用分形理论考察5种储能陶粒样品的粒度分布分形特征,结合灰色关联分析方法研究储能陶粒的粒度分布分形维对石膏板导热系数的影响。结果表明:各储能陶粒样品的体积累积频率和粒径与最大粒径比值的双对数值呈线形关系,相关系数均在0.95～0.98之间,强的相关表明各储能陶粒样品的粒度分布的分形结构是客观的;而且,随着温度的升高,粒度分布分形维对导热系数的影响逐渐减弱。     

填充型聚合物基复合材料的导电和导热性能

研究了高密度聚乙烯为基体、炭黑和炭纤维为填料复合体系的导电和导热性能。发现当导电填料的含量达到渗流阈值时,复合材料的电导率急剧升高;而在渗流阈值附近,其热导率未出现突变。这表明电导渗流现象不完全是由导电粒子通过物理接触生成导电链所致。其导电机制是相当数量的导电粒子相互发生隧道效应。     

聚合物基复合材料的导热性能研究

讨论了聚合物基高导热高绝缘纳米复合材料的导热机理与常用的导热理论模型。考虑到填充率、温度等的影响，用不同的理论模型计算了氧化铝纳米颗粒填充环氧树脂的热导率，并结合相关研究实验对不同的导热理论模型进行分析比较。     

Effect of Moisture on the Thermal Conductivity of a Cementitious Composite

Measurements of the thermal conductivity of a cement-based composite material are performed as a function of moisture content from a dry state to a fully water-saturated state using an impulse technique. Then, the obtained data are analyzed using Brugemann and Wiener homogenization formulas. The validity of applied homogenization techniques is assessed comparing the measured and calculated results. On the basis of the experimental data and the homogenization analyses, the effects of total pore volume, pore distribution, and moisture content on the thermal conductivity are discussed.Paper presented at the Seventeenth European Conference on Thermophysical Properties, September 5–8, 2005, Bratislava, Slovak Republic.     

连续分布界面相对SiCp/Al复合材料热导率影响的数值模拟

采用有限元方法对SiCp/Al复合材料的导热性能进行了数值模拟, 建立了含界面相颗粒增强铝基复合材料测试模型, 研究了不同界面相种类、厚度对复合材料热导率的影响。结果表明: 当界面相与SiC/Al结合理想时, 且界面相在颗粒表面呈连续分布时, 复合材料热导率随着界面层热导率的增加而增大, 但增加的幅度由快变慢; 复合材料热导率随界面层厚度的变化取决于界面层厚度t与颗粒粒径a的比值, 当t/a很小或t/a较大时, 热导率随界面层厚度的变化很小, 当t/a较小时, 热导率随界面层厚度的变化则与界面层热导率有关。     

Transient Characteristics of Thermal Conduction in Dispersed Composites

The effective thermal conductivity of dispersed composites with a hot-melt-adhesive matrix, measured using the steady-state method, is compared with the apparent thermal conductivity calculated from the average heat capacity and from the thermal diffusivity measured by the laser-flash method. The transient effect has been observed obviously at higher volume percentages for various dispersed particle sizes and ratios of the thermal conductivity values of dispersed and continuous phases. All of the experimental results are compared with those calculated by existing models and by the finite element method (FEM). An attempt has been made to show how the criterion for the homogeneity of dispersed composites under transient conditions is affected by the percentages of dispersed phase, dispersed particle size, and ratio of the thermal conductivity values of dispersed and continuous phases.     

Dependence of the Transverse Thermal Conductivity of Unidirectional Composites on Fiber Shape

The model for the traverse thermal conductivity of unidirectional composite materials published by Springer and Tsai, which yields good results when compared to experimental results, is generalized to include fibers having elliptical cross sections. It is shown that the thermal conductivity of the unidirectional composite normal to the filaments depends strongly on fiber shape.     

AlN/玻璃复合材料的相分布对导热性能的影响

以热压烧结方法在850～1000℃的低温下制备了Al/玻璃复合材料,通过组成变化研究了复合材料热导率的变化规律,利用SEM、TEM、XRD等方法观察了AlN/玻璃复合材料的显微结构和相组成与分布,讨论了复合材料的显微结构和相组成对热导率的影响,结果表明:AlN/玻璃复合材料的热导率随玻璃相的减少而增加,低温烧结的复合材料的热导率可以达到10W/m·K以上,材料的相分布对热导率的影响表现为:当玻璃相减少,AlN晶粒相互接触时,有利于热导率的提高;当材料内部以AlN晶相为主时,材料出现晶体的导热特征,即热导率随温度的升高而下降。     

超高分子量聚乙烯基复合材料导热性能研究

采用纳米铜作为子颗粒,利用颗粒复合化系统,以机械冲击的方法将纳米铜颗粒嵌入式包覆于超高分子量聚乙烯颗粒(UHMWPE)表面,利用热压成形技术制备导热型复合材料。采用导热系数测定仪测试其导热系数,分析纳米铜添加量对导热效果的影响。结果表明:在相同的实验条件下,当纳米铜添加质量分数为6.8%时,复合材料的导热系数达到了0.85 W/(m.K),比纯UHMWPE提高了124%。     

金属基复合材料界面导热性能的扫描热探针测试

利用扫描热探针方法,以微米级的空间分辨率,分析测试了三种馆长在复合材料（ＭＭＣ）界面特征和界面导热性能,应用数学统计方法对扫描热显微镜（ＳＴhM)的形貌和热电压数据进行处理和转换,获得 面宽度和界面导热率数据,结果表明,金属基复合材料宏观导热性能与增强相一基体界面的导热性能密切相关。     

导热型碳纤维增强聚合物基复合材料的研究进展

综述了导热型连续碳纤维增强聚合物基复合材料(CFRP)的研究与应用现状和进展,阐述了CFRP的声子导热和光子导热机理,介绍了不同铺层角度和铺层比的CFRP面内和厚度方向热导率计算模型及测试方法,分析了环氧树脂、氰酸酯、双马来酰亚胺等3类树脂体系和聚丙烯腈基(PAN)碳纤维、中间相沥青基碳纤维、气相生长碳纤维、碳纳米管纤维等4类增强体以及工艺方法等因素对CFRP热导率的影响。     

Thermal Conductivity of Suspensions Containing Nanosized SiC Particles

Nanosized SiC suspensions were prepared, and their thermal conductivities were measured using a transient hot-wire method. The experimental results showed that the thermal conductivities of the studied suspensions were increased as expected, and the enhancement was proportional to the volume fraction of the solid phase, but the increasing ratio of the thermal conductivity was not significantly related to the base fluid. The effects of the morphologies (size and shape) of the added solid phase on the enhancement of the thermal conductivity of the nanoparticle suspension are reported for the first time.