填充型橡膠復合材料導熱性能實驗研究及數(shù)值模擬.pdf

1、隨著電工領域和汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，具有優(yōu)良導熱性能的橡膠復合材料已成為目前研究的熱點，常用提高橡膠復合材料導熱性能的方法是在材料基體中填充高導熱填料。本文從實驗研究和數(shù)值模擬兩個方面對填充型橡膠復合材料的導熱性能進行研究。
　　實驗研究部分:搭建了熱探針法測量橡膠復合材料不同方向?qū)嵝阅艿膶嶒炂脚_，從多方位測量了氮化鋁和碳納米管分別填充三元乙丙橡膠復合材料試樣的導熱性能。測量結果表明:填充氮化鋁和碳納米管均可以顯著增強三元乙丙橡膠

2、的導熱性能，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熱系數(shù)差異比較顯著，結果對制備單一方向上具有高導熱性材料具有一定的指導意義。
　　數(shù)值模擬部分:利用ANSYS有限元軟件分別對均勻分布情況下顆粒形狀、體積分數(shù)、柱體型顆粒取向及長徑比、顆粒導熱性以及球形填充顆?？臻g隨機分布對橡膠復合材料導熱性能的影響進行了數(shù)值模擬研究。研究發(fā)現(xiàn):
　　在均勻分布情況

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

4、積分數(shù)為20％～35％之間時，顆粒的空間分布對熱導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網(wǎng)鏈，在填充量一定的情況下，可以根據(jù)適當?shù)目臻g分布，使復合材料具有較高的導熱性能。
　　最后通過不同填充量氮化鋁填充三元乙丙橡膠實驗測量與數(shù)值模擬結果進行比較發(fā)現(xiàn)，兩者吻合良好，趨勢基本一致，隨機分布比均勻分布更接近于實驗值。有限元方法可以大大減少實驗次數(shù)，降低實驗和材料開發(fā)成本，模擬值作為預測復合材料導熱性能的依據(jù)，對制