定向碳纳米管/橡胶复合材料导热性能研究

发布时间：2021-04-15 04:30

　　基于连续介质理论建立了定向碳纳米管/橡胶（CNTs/Rubber）复合材料的代表体积元（RVE）模型,借助有限元方法（FEM）进行数值计算获得复合材料的等效热导率。将数值计算结果与Nielsen模型与Ce-WenNan模型预测值对比,验证了模型的有效性。基于此模型研究了CNTs体积分数及界面热阻对复合材料导热性能的影响。研究发现,在低填充量（0.2%¹%）下,复合材料的热导率随着填充量的增加而增大,且增大幅度随着体积分数的增大而逐渐减小;界面热阻的存在阻碍了CNTs与橡胶基体之间的热传递,对复合材料的热导率有很大的影响,另外在不同体积分数下,随着界面热阻的增大,复合材料热导率都先开始减小,当界面热阻降低到一定大小时,复合材料的热导率随着界面热阻的增大都基本保持不变。 

【文章来源】：工程热物理学报. 2016,37(01)北大核心EICSCD

【文章页数】：5 页

【部分图文】：

代表体积单元示意图

边界条件示意图

１期?邱金友等：定向碳纳米管／橡胶复合材料导热性能研究?１２７??导热材料视为均匀体，可视为由周期排列的?其中，／为ＣＮＴｓ的体积分数，ｆｃｃ，ｆｃｍ分别为碳纳米??ＲＶＥ组成，对于ＲＶＥ，其导热定律为：?管与基体的热导率，Ｐ为碳纳米管的长径比，ｉ？ｋ为??ｑｔ?Ｋａｐｉｔｚａ?热阻，ａＫ?＝?／？Ｋｆｃｍ。??Ｖ?■?（ｆｃＶＴ）?＝?ｐｃｐ—?（３）?２）?Ｎｉｅｌｓｅｎ?模型间??本文通过Ａｎｓｙｓ软件建立ＲＶＥ三维有限元模?ｋｅ?＝?ｋｍ?（（６）??型，确定ＲＶＥ上下前后面为周期绝热边界，在左右?、?抑’??面施加温差Ａｒ，考虑界面热阻的影响，在碳纳米管?其中：??两端面设置接触热传导系数，进行接触热分析获得?Ｂ二ｋｃ／ｋｍ?￣?１?（７）??复合材料的温度分布，然后通过有限元求解获得沿??着长度方向的总的热流量９，进而计算出填充碳纳米?Ｐ?＝?１?＋?（＂?０?（８）??管的橡胶复合材料的等效热导率：?、札）??ｑ，ＡＬ?式中，Ｐｍ为填充物的最大堆积分数，定义为填充物??ｋｅ＝Ａ￣＾ｆ?（４）?的真实体积与填充物达到最大程度填充时所占的表??观体积的比值。Ａ，?是与填充粒子的大小和形状??边界条件施加如图３所示，本文基体与碳纳米?有关的参数？??管的单元类型选择为ＳＯＬＩＤ９０，选择二维八节点接?为了验证模型的有效性，将有限元数值计算出??触单元（ＣＮＮＴＡ１７４和ｆＡＧＥｌＴＯ）作为碳纳米管与来的结果与以上的理论预测模型进行对比。研究表??橡胶基体间的接触面单元类型，采用映射网格划分?明高热导率纳米材料填充到聚合物中得到复合材料??方法，图４为定向ＣＮＴｓ／橡胶复合材料ＲＶ

【参考文献】：
期刊论文
[1]碳纳米管材料导热性能的实验研究[J]. 祝春华,王端阳.  广东化工. 2007(08)



本文编号：3138672