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高填充聚合物导热性能研究

高填充聚合物导热性能研究

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作者：牛小虎兰州交通大学

学位级别：硕士

导热复合材料是由导热填料和聚合物制备而成的材料,是许多领域的重要材料之一。然而,许多关于导热复合材料的研究只是在低填料填充量下进行,而在高填充量下的研究较少,从而使得对导热复合材料的一些研究理论出现分歧。本文采用模拟计算... 详细信息

导热复合材料是由导热填料和聚合物制备而成的材料,是许多领域的重要材料之一。然而,许多关于导热复合材料的研究只是在低填料填充量下进行,而在高填充量下的研究较少,从而使得对导热复合材料的一些研究理论出现分歧。本文采用模拟计算的方法,研究高填充量下导热模型的导热特性并考虑了填料形状,另外,也广泛地研究了界面热阻和填料相对导热系数的影响。主要研究工作如下:1.首先利用Gambit和Solidworks软件建立一系列二维和三维的接触模型和孤立模型,并对模型进行网格划分,然后使用Fluent软件对已划分网格的模型计算,以此研究不同填料形状下高填充模型的导热性能。研究表明,随着填充量的增加且较大时,模型的导热性能将出现突增现象,说明了导热复合材料具有与导电特性相类似的导热逾渗效应;填料形状对模型导热性能有影响,填料球形度越小模型的导热性能将越好,且随着填充量的增大这种影响将越大。2.将所建立的一系列导热模型在Fluent中计算时考虑界面热阻,研究界面热阻对高填充模型导热性能的影响。研究表明,界面热阻对模型的导热性能有阻碍作用,且填充量越大,界面热阻对其模型导热性能的影响将越显著,另外,界面热阻将出现两个临界值,当界面热阻在临界值(1)与临界值(2)之间时,对模型导热性能的影响最为显著;对于不同填料形状的导热模型,填料球形度越小,界面热阻对其模型的导热性能影响将越显著,其中,当界面热阻大于临界值(2)时,填料球形度对其导热性能的影响非常小。3.基于所建立的一系列模型,在Fluent计算过程中先不考虑界面热阻的影响,只考虑填料相对导热系数的大小影响,以此研究填料相对导热系数对高填充模型导热性能的影响。研究表明,当填充量较大且填料相对导热系数大于其临界值时,填料相对导热系数和填料球形度均对模型的导热性能影响较大;而在填充量较小(填料相对导热系数和填料球形度均对模型的导热性能影响较小。4.在Fluent中综合考虑界面热阻和填料相对导热系数,以此研究两者的综合效应对高填充模型导热性能的影响。研究表明,填料相对导热系数和界面热阻对模型导热性能的影响呈相互竞争效应。5.将已计算的填料相对导热系数对高填充接触模型导热性能影响的数据做变换处理,研究填料相对导热系数对高填充模型导热逾渗效应的影响。研究表明,只有在填料相对导热系数较大(大于100)且填充量较大时出现导热逾渗效应,而且填料相对导热系数越大将越明显;而在填料相对导热系数较小(小于100)时将几乎没有逾渗效应。

关键词：导热逾渗效应高填充填料形状界面热阻填料相对导热系数

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