填充型橡膠復(fù)合材料導(dǎo)熱性能實(shí)驗(yàn)研究及數(shù)值模擬.pdf

1、隨著電工領(lǐng)域和汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，具有優(yōu)良導(dǎo)熱性能的橡膠復(fù)合材料已成為目前研究的熱點(diǎn)，常用提高橡膠復(fù)合材料導(dǎo)熱性能的方法是在材料基體中填充高導(dǎo)熱填料。本文從實(shí)驗(yàn)研究和數(shù)值模擬兩個(gè)方面對(duì)填充型橡膠復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能進(jìn)行研究。
　　實(shí)驗(yàn)研究部分:搭建了熱探針?lè)y(cè)量橡膠復(fù)合材料不同方向?qū)嵝阅艿膶?shí)驗(yàn)平臺(tái)，從多方位測(cè)量了氮化鋁和碳納米管分別填充三元乙丙橡膠復(fù)合材料試樣的導(dǎo)熱性能。測(cè)量結(jié)果表明:填充氮化鋁和碳納米管均可以顯著增強(qiáng)三元乙丙橡膠

2、的導(dǎo)熱性能，由于氮化鋁和碳納米管自身取向的不同，填充氮化鋁的試樣不同方向上的導(dǎo)熱系數(shù)差別很小，而填充碳納米管的試樣不同方向上的導(dǎo)熱系數(shù)差異比較顯著，結(jié)果對(duì)制備單一方向上具有高導(dǎo)熱性材料具有一定的指導(dǎo)意義。
　　數(shù)值模擬部分:利用ANSYS有限元軟件分別對(duì)均勻分布情況下顆粒形狀、體積分?jǐn)?shù)、柱體型顆粒取向及長(zhǎng)徑比、顆粒導(dǎo)熱性以及球形填充顆?？臻g隨機(jī)分布對(duì)橡膠復(fù)合材料導(dǎo)熱性能的影響進(jìn)行了數(shù)值模擬研究。研究發(fā)現(xiàn):
　　在均勻分布情況

3、下，低填充分?jǐn)?shù)時(shí)，圓柱形顆粒（纖維型）填充效果最佳，圓柱取向?qū)ο鹉z復(fù)合材料導(dǎo)熱性能有較大影響，而且長(zhǎng)徑比越大的圓柱形填充物對(duì)橡膠導(dǎo)熱性能的提升幅度越大;
　　依靠增大填充顆粒導(dǎo)熱性來(lái)提高復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能有一定局限性，填料導(dǎo)熱系數(shù)與基體材料導(dǎo)熱系數(shù)之比存在一個(gè)臨界值，在臨界值以下隨著比值的增大復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)增加，當(dāng)超過(guò)臨界值后復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)基本不變;
　　在相同的體積分?jǐn)?shù)下，空間隨機(jī)分布的熱導(dǎo)率比均勻分布的略高。當(dāng)體

4、積分?jǐn)?shù)為20％～35％之間時(shí)，顆粒的空間分布對(duì)熱導(dǎo)率的影響是最顯著的，顆粒的空間分布決定了能否形成較好的熱傳導(dǎo)網(wǎng)鏈，在填充量一定的情況下，可以根據(jù)適當(dāng)?shù)目臻g分布，使復(fù)合材料具有較高的導(dǎo)熱性能。
　　最后通過(guò)不同填充量氮化鋁填充三元乙丙橡膠實(shí)驗(yàn)測(cè)量與數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，兩者吻合良好，趨勢(shì)基本一致，隨機(jī)分布比均勻分布更接近于實(shí)驗(yàn)值。有限元方法可以大大減少實(shí)驗(yàn)次數(shù)，降低實(shí)驗(yàn)和材料開(kāi)發(fā)成本，模擬值作為預(yù)測(cè)復(fù)合材料導(dǎo)熱性能的依據(jù)，對(duì)制