聚合物基復合材料導熱性能的數值模擬研究.pdf

1、聚合物基粒子填充復合材料結合了聚合物基體和填充粒子的優(yōu)越物理性能,得到了深入研究與廣泛應用。導熱復合材料的性能一方面取決于基體和填料自身的屬性,另一方面由填料填充體積分數、粒子形狀、粒徑及粒徑分布,填料在基體中的空間分布以及填料與基體的結合程度等多種因素決定。由于體系的復雜性,給理論研究帶來了極大的困難,本文用有限元數值模擬方法研究了粒子填充聚合物基復合材料的導熱性能與微觀結構的關系,特別是為粒子空間分布建模難題提供了一整套可行方案。主

2、要工作內容如下:
　　 首先研究了2D建模,通過對電鏡照片的處理得到兩個參數即稀疏區(qū)比重和稀疏區(qū)半徑,建立了與實際體系相符的具有非均勻粒子分布結構的RVE模型,結果表明:填料用量在寬范圍內預測結果與實驗值均吻合很好；與均勻分布或隨機分布相比,存在稀疏區(qū)和富集區(qū)的非均勻分布的體系具有更高的熱導率。
　　 本文重點內容是用3D建模數值模擬,深入研究了粒子空間分布對材料導熱性能的影響,探索了有效導熱通路形成的必要條件。為了解決

3、任意體積分數、指定空間構型的代表體元(RVE)建模難題,用空間分布勢能函數來描述目標空間分布構型,設計了Monte Carlo可控空間分布算法,該算法能夠有效生成包含團簇和網鏈結構的任意空間構型的RVE。
　　 模擬研究表明:相同體積分數下,網鏈構型較團簇構型更能有效地形成導熱通路,具有更高的熱導率；體積分數對有效導熱通路能否形成有重要影響,僅當體積分數大于20％之后,才具備形成有效導熱通路的條件；粒子間距只有小于一定水平時,導