空心玻璃微球/环氧复合材料隔热性能数值模拟与实验研究
发布时间：2021-06-27 15:57
复合化是高性能隔热材料设计的重要途径,而数值方法成为目前预测材料性能最为有效的手段。本文以南水北调工程大型混凝土结构表面保温为应用背景,以空心玻璃微球（HGM）/环氧复合隔热材料为研究对象,开展了HGM/环氧复合材料隔热性能数值计算方法、性能预测及组分比设计研究。由于空心玻璃微球本身为两相材料（玻璃、空气）,而且尺寸很小,给数值模型的建立带来了极大困难,因此如何对HGM作均匀化处理,是高填充HGM/环氧复合材料隔热性能数值模拟的关键。本文首先建立了低填充下的三相（树脂、玻璃和空气）模型和两相（树脂和均匀化空心玻璃微球）模型,通过两者等效得到HGM有效导热系数;然后基于两相模型,对高填充下的复合材料隔热性能进行模拟预测与实验研究,并分析了多种因素对复合材料导热系数的影响规律;最后对不同组分比下复合材料的粘度、热膨胀系数、粘接强度、抗拉强度等性能进行了实验测试及分析,为复合隔热材料的设计与制备提供依据。本文的主要研究成果如下:（1）研究了HGM均匀化处理方法,得到了HGM有效导热系数。针对低填充复合材料中HGM分散较为均匀、无相互作用的特征,采用随机序列吸附算法建立填料体积分数为5%的复合...
【文章来源】：武汉理工大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
复合材料细观结构均匀化过程
图 1-2 Loeb 多孔材料物理模型[29]003(1 )1(1 )4cs sLLsPk k PPPkG ε σd T= + + (1-4)式中：sk 为固体球壳导热系数，csk 为空心球形材料有效导热系数；0P 代表二维孔隙率，即与热流方向垂直的横截面上的孔隙率，LP 代表一维孔隙率，即与热流平行方向的孔隙率，二维孔隙率和一维孔隙率的乘积即为多孔材料的孔隙率；G 为气孔的几何因子，其取值和气孔形状相关，当气孔为球形时，G=2/3；d 为热流方向上气孔的最大尺寸，ε 为气体辐射表面的热发射率，σ 为斯蒂芬-玻尔兹曼常数，T为研究对象的平均温度。刘书田等首先对复合材料进行均匀化处理，求得导热系数的二阶对称张量[30]；其次详细分析了多孔材料的热传导机理，根据自洽方法和广义自洽方法分别求解了空心球形材料热流密度及平均温度梯度，基于求解结果及傅里叶热传
3 34(3=gg g gHGMt t tR R tm VV V Vρ πρρ = =）(2-1)其中：HGMρ —空心玻璃微球密度，单位：g·cm-3；gm —硼硅酸盐玻璃质量，单位：g；gρ —硼硅酸盐玻璃密度，单位：g·cm-3；tV —空心玻璃微球体积，单位：cm3；gV —硼硅酸盐玻璃体积，单位：cm3；R—空心玻璃微球粒径，单位：cm；t —空心玻璃微球壁厚，单位：cm。
【参考文献】：
期刊论文
[1]胶粘剂剪切模量的测试方法研究[J]. 秦建彬,张广成,李建通,史学涛. 粘接. 2017(01)
[2]建筑外墙聚氨酯保温板制备工艺和应用研究[J]. 吴凯丽. 橡塑技术与装备. 2016(12)
[3]膨胀蛭石/酚醛阻燃保温复合材料的制备及性能[J]. 方小林,宋俊,郑云波,任勇. 复合材料学报. 2016(11)
[4]NR交联密度对导热性能影响的实验研究[J]. 马连湘,侯晓旭,何燕,余真珠. 工程热物理学报. 2015(06)
[5]交联剂用量对导热硅橡胶性能的影响[J]. 雷震,熊婷,黄强,谭奎,赵林,王欣欣,李步春. 特种橡胶制品. 2014(04)
[6]阻燃耐热型玻化微珠/聚氨酯硬泡复合保温材料的制备和性能研究[J]. 姜长乐,高振华,赵君. 新型建筑材料. 2013(10)
[7]空心玻璃微珠/环氧树脂复合材料制备及其性能研究[J]. 刘艳妮,徐伟,王嵘. 玻璃钢/复合材料. 2012(06)
[8]岩棉保温材料性能探讨[J]. 蔡凤武,姚文生,刘晓波. 河北建筑工程学院学报. 2011(01)
[9]无机保温材料在建筑节能工程中的应用[J]. 张巨松,金亮,朱林. 辽宁建材. 2011(02)
[10]空心玻璃微珠/环氧复合材料的制备及性能研究[J]. 白战争,赵秀丽,罗雪方,罗世凯,杜亮. 热固性树脂. 2009(02)
硕士论文
[1]深海用环氧树脂封装材料的制备及性能研究[D]. 王传秀.中国海洋大学 2014
[2]隔热保温涂料的制备与性能研究[D]. 方媛.沈阳理工大学 2014
[3]高导热高分子功能材料研究及应用[D]. 褚路轩.江南大学 2012
[4]聚酰胺固化剂和缩水甘油醚稀释剂合成及改性性能研究[D]. 张国辉.吉林大学 2011
[5]滑石粉等的表面改性及其填充PP的研究[D]. 田春香.大连理工大学 2006
本文编号：3253151
【文章来源】：武汉理工大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
复合材料细观结构均匀化过程
图 1-2 Loeb 多孔材料物理模型[29]003(1 )1(1 )4cs sLLsPk k PPPkG ε σd T= + + (1-4)式中：sk 为固体球壳导热系数，csk 为空心球形材料有效导热系数；0P 代表二维孔隙率，即与热流方向垂直的横截面上的孔隙率，LP 代表一维孔隙率，即与热流平行方向的孔隙率，二维孔隙率和一维孔隙率的乘积即为多孔材料的孔隙率；G 为气孔的几何因子，其取值和气孔形状相关，当气孔为球形时，G=2/3；d 为热流方向上气孔的最大尺寸，ε 为气体辐射表面的热发射率，σ 为斯蒂芬-玻尔兹曼常数，T为研究对象的平均温度。刘书田等首先对复合材料进行均匀化处理，求得导热系数的二阶对称张量[30]；其次详细分析了多孔材料的热传导机理，根据自洽方法和广义自洽方法分别求解了空心球形材料热流密度及平均温度梯度，基于求解结果及傅里叶热传
3 34(3=gg g gHGMt t tR R tm VV V Vρ πρρ = =）(2-1)其中：HGMρ —空心玻璃微球密度，单位：g·cm-3；gm —硼硅酸盐玻璃质量，单位：g；gρ —硼硅酸盐玻璃密度，单位：g·cm-3；tV —空心玻璃微球体积，单位：cm3；gV —硼硅酸盐玻璃体积，单位：cm3；R—空心玻璃微球粒径，单位：cm；t —空心玻璃微球壁厚，单位：cm。
【参考文献】：
期刊论文
[1]胶粘剂剪切模量的测试方法研究[J]. 秦建彬,张广成,李建通,史学涛. 粘接. 2017(01)
[2]建筑外墙聚氨酯保温板制备工艺和应用研究[J]. 吴凯丽. 橡塑技术与装备. 2016(12)
[3]膨胀蛭石/酚醛阻燃保温复合材料的制备及性能[J]. 方小林,宋俊,郑云波,任勇. 复合材料学报. 2016(11)
[4]NR交联密度对导热性能影响的实验研究[J]. 马连湘,侯晓旭,何燕,余真珠. 工程热物理学报. 2015(06)
[5]交联剂用量对导热硅橡胶性能的影响[J]. 雷震,熊婷,黄强,谭奎,赵林,王欣欣,李步春. 特种橡胶制品. 2014(04)
[6]阻燃耐热型玻化微珠/聚氨酯硬泡复合保温材料的制备和性能研究[J]. 姜长乐,高振华,赵君. 新型建筑材料. 2013(10)
[7]空心玻璃微珠/环氧树脂复合材料制备及其性能研究[J]. 刘艳妮,徐伟,王嵘. 玻璃钢/复合材料. 2012(06)
[8]岩棉保温材料性能探讨[J]. 蔡凤武,姚文生,刘晓波. 河北建筑工程学院学报. 2011(01)
[9]无机保温材料在建筑节能工程中的应用[J]. 张巨松,金亮,朱林. 辽宁建材. 2011(02)
[10]空心玻璃微珠/环氧复合材料的制备及性能研究[J]. 白战争,赵秀丽,罗雪方,罗世凯,杜亮. 热固性树脂. 2009(02)
硕士论文
[1]深海用环氧树脂封装材料的制备及性能研究[D]. 王传秀.中国海洋大学 2014
[2]隔热保温涂料的制备与性能研究[D]. 方媛.沈阳理工大学 2014
[3]高导热高分子功能材料研究及应用[D]. 褚路轩.江南大学 2012
[4]聚酰胺固化剂和缩水甘油醚稀释剂合成及改性性能研究[D]. 张国辉.吉林大学 2011
[5]滑石粉等的表面改性及其填充PP的研究[D]. 田春香.大连理工大学 2006
本文编号：3253151
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