含氟聚合物/多壁碳纳米管复合材料的导热性能
发布时间：2020-12-31 07:28
为提高含氟聚合物F2314的导热性能,采用多壁碳纳米管（MWCNTs）对F2314进行改性。用密炼混合法制备了F2314/MWCNTs复合材料。研究了MWCNTs含量、温度对F2314/MWCNTs复合材料的导热系数的影响。建立了F2314/MWCNTs复合材料的导热模型。结果表明,F2314/MWCNTs复合材料的导热系数随MWCNTs含量增加而增大。当MWCNTs质量分数为30%时,30℃下F2314/MWCNTs复合材料的导热系数高达0.647 W·m-1·K-1,比纯F2314的导热系数提高3.43倍。F2314/MWCNTs复合材料的导热性能对温度的依赖性与F2314的相态转变密切相关。随着温度增加,F2314/MWCNTs复合材料的导热系数先增加,然后在玻璃化转变温度附近达到最大值,接着逐渐降低。有效介质方法修正公式的计算结果与实验吻合较好,表明该公式可以较好地模拟F2314/MWCNTs复合材料的导热性能。
【文章来源】：含能材料. 2016年01期 北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
2314/MWCNTs复合材料的微观形貌结构
CNTs在基体中形成互穿网络结构，从而提高了复合材料的导热性能。但是，与纯F2314相比，F2314/MWCNTs复合材料的导热系数增幅不大。这与文献报道的其它聚合物/碳纳米管体系的情况一致［7］。这主要是因为碳纳米管与F2314基体间的界面热阻大，热量在传递过程中急剧下降，因此添加高导热的MWCNTs后，F2314/MWCNTs复合材料的导热系数不是很高，远小于F2314和MWCNTs导热系数的线性加和(FC-1、FC-2、FC-3、FC-4和FC-5复合材料的线性加和值分别为54．14，135．44，272．23，550．02，833．81W·m－1·K－1)。图230℃下F2314/MWCNTs复合材料的导热系数与MWCNTs含量的关系Fig．2AplotofthermalconductivityofF2314/MWCNTscompositesat30℃vs．MWCNTscontent3．3温度对F2314/MWCNTs复合材料导热性能的影响图3是F2314/MWCNTs复合材料的导热系数随温度的变化曲线。从图3可以看出，F2314/MWCNTs复合材料的导热系数随温度的变化呈现相同的规律，即导热系数先随着温度升高而增大，然后达到最大值，接着逐渐下降。F2314/MWCNTs复合材料的导热性能对温度的依赖性主要与F2314的相态转变密切相关。导热系数的最大值出现在50℃附近，对应于F2314/MWCNTs复合材料的玻璃化转变温度(～48℃)［13］。在其它导热粒子填充复合材料的导热系数与温度关系研究中也发现了类似的现象。例如，Agarwal等［14］制备了纤维/苯酚甲醛复合材料，发现复合材料的导热系数在玻璃化转变温度时达到最大值或者峰值。当温度低于玻璃化转变温度时(＜50℃)，随着温度升高，聚合物分子链逐渐伸展，导致声子平均自由程增加，因此材料的热阻降低，热导率提高。当温度高于F2314/MWCNTs复合材料的玻璃化转变温度时(＞50℃)，随着温度升高，分子链段运动?
。在其它导热粒子填充复合材料的导热系数与温度关系研究中也发现了类似的现象。例如，Agarwal等［14］制备了纤维/苯酚甲醛复合材料，发现复合材料的导热系数在玻璃化转变温度时达到最大值或者峰值。当温度低于玻璃化转变温度时(＜50℃)，随着温度升高，聚合物分子链逐渐伸展，导致声子平均自由程增加，因此材料的热阻降低，热导率提高。当温度高于F2314/MWCNTs复合材料的玻璃化转变温度时(＞50℃)，随着温度升高，分子链段运动产生的微孔数量和尺寸增大，导致复合材料导热系数随温度升高而降低［14］。图3F2314/MWCNTs复合材料的导热系数与温度的关系图Fig．3AplotofthermalconductivityofF2314/MWCNTscompositesvstemperature3．4F2314/多壁碳纳米管复合材料的导热模型当碳纳米管含量很低(f＜0．02)时，Maxwell-Gar-nett型有效介质方法(EMA)［15］可以用于计算碳纳米管复合材料的有效导热系数。在碳纳米管复合材料中，碳纳米管的导热系数远高于高聚物基体的导热系数，且碳纳米管的长径比很大。根据有效介质方法，当碳纳米管随机分散在基体中时，碳纳米管复合材料的有效导热系数为［10］:KeKm=3+f(βx+βz)3－fβx(1)式中，Ke为碳纳米管复合材料的有效导热系数，W·m－1·K－1;Km为高聚物基体的导热系数，W·m－1·K－1;f为碳纳米管的体积分数，参数βx和βz可以用下式计算［10］:βx=2(Kc11－Km)Kc11+Km，βz=Kc33Km－1(2)式中，Kc11和Kc33分别为一个复合材料晶胞沿着横轴和纵轴的等效导热系数，W·m－1·K－1。将包覆一层非常薄的界面热阻层的碳纳米管视为一个复
【参考文献】：
期刊论文
[1]DMA方法研究多壁碳纳米管/F2314复合材料的粘弹性能[J]. 林聪妹,刘佳辉,刘世俊,黄忠,李玉斌,张建虎. 含能材料. 2015(02)
[2]碳纳米管及碳黑对BNCP感度性能的影响[J]. 陈利魁,盛涤伦,杨斌,朱雅红,徐珉昊,蒲彦利,李钊鑫. 含能材料. 2013(01)
[3]碳纳米管对HMX热分解行为的影响[J]. 曾贵玉,林聪妹,周建华,潘丽萍. 火炸药学报. 2012(06)
[4]聚氨酯/二氧化硅包覆多壁碳纳米管复合材料的导热与电绝缘性能[J]. 赵瑾朝,杜飞鹏,崔伟,周兴平,解孝林. 高分子材料科学与工程. 2012(03)
本文编号：2949227
【文章来源】：含能材料. 2016年01期 北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
2314/MWCNTs复合材料的微观形貌结构
CNTs在基体中形成互穿网络结构，从而提高了复合材料的导热性能。但是，与纯F2314相比，F2314/MWCNTs复合材料的导热系数增幅不大。这与文献报道的其它聚合物/碳纳米管体系的情况一致［7］。这主要是因为碳纳米管与F2314基体间的界面热阻大，热量在传递过程中急剧下降，因此添加高导热的MWCNTs后，F2314/MWCNTs复合材料的导热系数不是很高，远小于F2314和MWCNTs导热系数的线性加和(FC-1、FC-2、FC-3、FC-4和FC-5复合材料的线性加和值分别为54．14，135．44，272．23，550．02，833．81W·m－1·K－1)。图230℃下F2314/MWCNTs复合材料的导热系数与MWCNTs含量的关系Fig．2AplotofthermalconductivityofF2314/MWCNTscompositesat30℃vs．MWCNTscontent3．3温度对F2314/MWCNTs复合材料导热性能的影响图3是F2314/MWCNTs复合材料的导热系数随温度的变化曲线。从图3可以看出，F2314/MWCNTs复合材料的导热系数随温度的变化呈现相同的规律，即导热系数先随着温度升高而增大，然后达到最大值，接着逐渐下降。F2314/MWCNTs复合材料的导热性能对温度的依赖性主要与F2314的相态转变密切相关。导热系数的最大值出现在50℃附近，对应于F2314/MWCNTs复合材料的玻璃化转变温度(～48℃)［13］。在其它导热粒子填充复合材料的导热系数与温度关系研究中也发现了类似的现象。例如，Agarwal等［14］制备了纤维/苯酚甲醛复合材料，发现复合材料的导热系数在玻璃化转变温度时达到最大值或者峰值。当温度低于玻璃化转变温度时(＜50℃)，随着温度升高，聚合物分子链逐渐伸展，导致声子平均自由程增加，因此材料的热阻降低，热导率提高。当温度高于F2314/MWCNTs复合材料的玻璃化转变温度时(＞50℃)，随着温度升高，分子链段运动?
。在其它导热粒子填充复合材料的导热系数与温度关系研究中也发现了类似的现象。例如，Agarwal等［14］制备了纤维/苯酚甲醛复合材料，发现复合材料的导热系数在玻璃化转变温度时达到最大值或者峰值。当温度低于玻璃化转变温度时(＜50℃)，随着温度升高，聚合物分子链逐渐伸展，导致声子平均自由程增加，因此材料的热阻降低，热导率提高。当温度高于F2314/MWCNTs复合材料的玻璃化转变温度时(＞50℃)，随着温度升高，分子链段运动产生的微孔数量和尺寸增大，导致复合材料导热系数随温度升高而降低［14］。图3F2314/MWCNTs复合材料的导热系数与温度的关系图Fig．3AplotofthermalconductivityofF2314/MWCNTscompositesvstemperature3．4F2314/多壁碳纳米管复合材料的导热模型当碳纳米管含量很低(f＜0．02)时，Maxwell-Gar-nett型有效介质方法(EMA)［15］可以用于计算碳纳米管复合材料的有效导热系数。在碳纳米管复合材料中，碳纳米管的导热系数远高于高聚物基体的导热系数，且碳纳米管的长径比很大。根据有效介质方法，当碳纳米管随机分散在基体中时，碳纳米管复合材料的有效导热系数为［10］:KeKm=3+f(βx+βz)3－fβx(1)式中，Ke为碳纳米管复合材料的有效导热系数，W·m－1·K－1;Km为高聚物基体的导热系数，W·m－1·K－1;f为碳纳米管的体积分数，参数βx和βz可以用下式计算［10］:βx=2(Kc11－Km)Kc11+Km，βz=Kc33Km－1(2)式中，Kc11和Kc33分别为一个复合材料晶胞沿着横轴和纵轴的等效导热系数，W·m－1·K－1。将包覆一层非常薄的界面热阻层的碳纳米管视为一个复
【参考文献】：
期刊论文
[1]DMA方法研究多壁碳纳米管/F2314复合材料的粘弹性能[J]. 林聪妹,刘佳辉,刘世俊,黄忠,李玉斌,张建虎. 含能材料. 2015(02)
[2]碳纳米管及碳黑对BNCP感度性能的影响[J]. 陈利魁,盛涤伦,杨斌,朱雅红,徐珉昊,蒲彦利,李钊鑫. 含能材料. 2013(01)
[3]碳纳米管对HMX热分解行为的影响[J]. 曾贵玉,林聪妹,周建华,潘丽萍. 火炸药学报. 2012(06)
[4]聚氨酯/二氧化硅包覆多壁碳纳米管复合材料的导热与电绝缘性能[J]. 赵瑾朝,杜飞鹏,崔伟,周兴平,解孝林. 高分子材料科学与工程. 2012(03)
本文编号：2949227
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/cailiaohuaxuelunwen/2949227.html
