隐晶质石墨/PVA复合材料导热性能分析
发布时间：2021-06-30 19:22
以隐晶质石墨/PVA导热复合材料为研究对象,分析了影响其导热性能的因素,并提出了热导率模型。结果表明,影响隐晶质石墨/PVA复合材料导热的因素有含量、杂质、粒径及厚度,其热导率随着石墨含量的增加、杂质的减少、粒径的增大、包覆膜PVA厚度的减小而增加。所得到的隐晶质石墨/PVA复合材料热导率数学模型计算值与实验所测热导率值接近,最小相对误差为0.935%,最大相对误差为12.558%。研究结果将为后续研究提供参考。
【文章来源】：功能材料. 2016,47(03)北大核心CSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
图２隐晶质石墨／ＰＶＡ复合材料热传递示意图Ｆｉｇ２Ｔｈｅｓｃｈｅｍａｔｉｃｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒｏｆａｐｈａｎｉｔｉｃｇｒａｐｈ－
其中，Ｖ为导热填料体积分数，ｋｍ为聚合物的热导率，ｋｆ为导热填料热导率，Ｃ１为表征影响聚合物结晶度和结晶尺寸的参数，Ｃ２为表征导热填料形成导热网链状况，体现了导热网链形成的难易程度，０≤Ｃ２≤１，Ｃ２趋近１的程度越高，表示导热填料粒子越容易形成导热网链。基于上述模型，假定隐晶质石墨／ＰＶＡ复合材料的体积为１，隐晶质石墨体积分数为Ｖ１，ＰＶＡ的体积分数为Ｖ２，孔隙体积Ｖｇ＝１－（Ｖ１＋Ｖ２），如图６所示。图６单位体积内复合材料微观结构示意图Ｆｉｇ６Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｕｎｉｔｖｏｌｕｍｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ从隐晶质石墨／ＰＶＡ复合材料热传递示意图可以看出，隐晶质石墨复合材料存在孔隙，石墨粉体在聚合物ＰＶＡ中的填充密度远低于最大填充密度。当隐晶质石墨体积分数为Ｖ１时，颗粒表面被ＰＶＡ以一定厚度包覆，其厚度为Ｈ０，可以由以下计算式得到Ｈ０＝ｄ２３０．７４Ｖ１槡－１（）（２）其中，ｄ为隐晶质石墨颗粒粒径，通过计算Ｈ０来评价导热复合材料体系形成气孔的难易程度。对于粒径一定的隐晶质石墨，Ｈ０越小，气孔形成越困难，热导率提高的程度越高。由式（２），可得Ｖ１＝０．７４２Ｈ０ｄ－１（）３（３）随着复合材料中隐晶质石墨含量增大，相同体积下隐晶质石墨颗粒间距减小，ＰＶＡ包覆膜厚度减小，ＰＶＡ不能填充隐晶质石墨颗粒间隙范围越来越广，气孔数目增加导致气孔率升高。根据图６，复合材料的质量
１（５）假设隐晶质石墨颗粒与ＰＶＡ仍按照Ｙ．Ａｇａｒｉ模型的导热网链复合导热，则复合后热导率为ｌｇｋ＝Ｖｇｌｇ（Ｃ１ｋｍ）＋Ｖ１Ｃ２ｌｇｋｆ＝θｌｇ（Ｃ１ｋｍ）＋Ｖ１Ｃ２ｌｇｋｆ（６）将式（２）（３）（５）带入式（６），化简后得复合材料热导率结果为ｌｇｋ＝１－４３πｄ２＋Ｈｏ（）３［］×ｌｇ（Ｃ１ｋｍ）＋４３πｄ２（）３Ｃ２ｌｇｋｆ（７）图７为隐晶质石墨复合材料热导率实验值与Ｙ．Ａｇａｒｉ模型、修正后的Ｙ．Ａｇａｒｉ模型理论值的比较折线图。可以看出，修正后的Ｙ．Ａｇａｒｉ模型的复合材料热导率的预测值与实验值相近，且修正后的Ｙ．Ａｇａｒｉ模型比Ｙ．Ａｇａｒｉ模型理论值要高，这是因为复合材料中ＰＶＡ的厚度Ｈ０和气孔率θ的影响。Ｙ．Ａｇａｒｉ模型只考虑到导热填料的体积分数、导热填料和聚合物的热导率，隐晶质石墨／ＰＶＡ复合材料颗粒为球状模型，忽视了复合材料颗粒间隙的存在及其作用，修正后的Ｙ．Ａｇａｒｉ模型将气孔率θ这一因素与之相关联。传递热振动的声子会在二相界面发生反射、折射、干涉和阻滞等散射现象，由于热导率隐晶质石墨?ＰＶＡ?气孔，则在两相界面热量的散失过程中，石墨和ＰＶＡ的声子散射热量流失现象更为严重，故Ｙ．Ａｇａｒｉ模型预测值比实际理论值要低，在粒径不变的情况下，石墨百分含量增加，ＰＶＡ包覆膜Ｈ０的厚度会随之减小，散失的热量更多，所以Ｙ．Ａｇａｒｉ模型比修正后的Ｙ．Ａｇａｒｉ模型的预测值
【参考文献】：
期刊论文
[1]金刚石混杂碳化硅/铝复合材料的组织与热物理性能（英文）[J]. 郭宏,韩媛媛,张习敏,贾成厂,徐骏. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2015(01)
[2]高导热复合材料研究进展[J]. 崔永红,焦剑,汪雷,吕盼盼. 粘接. 2015(01)
[3]隐晶质石墨含量与粒径对复合材料导热性能的影响[J]. 谢炜,彭顺文,匡加才,徐华,邓应军,郑亚亚,王真. 功能材料. 2014(19)
[4]高导热炭纤维的研究进展[J]. 马兆昆,宁淑丽,宋怀河. 北京化工大学学报(自然科学版). 2014(01)
[5]偶联剂对石墨/酚醛树脂复合双极板性能的影响[J]. 刘洪波,杨荔,陈惠,杨丽,何月德. 湖南大学学报(自然科学版). 2011(07)
[6]Al2O3/聚丙烯复合材料的导热性能研究[J]. 麦堪成,蔡泽伟. 塑料. 2006(03)
硕士论文
[1]SiC填充PA6导热复合材料的制备和研究[D]. 步真松.郑州大学 2013
本文编号：3258337
【文章来源】：功能材料. 2016,47(03)北大核心CSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
图２隐晶质石墨／ＰＶＡ复合材料热传递示意图Ｆｉｇ２Ｔｈｅｓｃｈｅｍａｔｉｃｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒｏｆａｐｈａｎｉｔｉｃｇｒａｐｈ－
其中，Ｖ为导热填料体积分数，ｋｍ为聚合物的热导率，ｋｆ为导热填料热导率，Ｃ１为表征影响聚合物结晶度和结晶尺寸的参数，Ｃ２为表征导热填料形成导热网链状况，体现了导热网链形成的难易程度，０≤Ｃ２≤１，Ｃ２趋近１的程度越高，表示导热填料粒子越容易形成导热网链。基于上述模型，假定隐晶质石墨／ＰＶＡ复合材料的体积为１，隐晶质石墨体积分数为Ｖ１，ＰＶＡ的体积分数为Ｖ２，孔隙体积Ｖｇ＝１－（Ｖ１＋Ｖ２），如图６所示。图６单位体积内复合材料微观结构示意图Ｆｉｇ６Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｕｎｉｔｖｏｌｕｍｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ从隐晶质石墨／ＰＶＡ复合材料热传递示意图可以看出，隐晶质石墨复合材料存在孔隙，石墨粉体在聚合物ＰＶＡ中的填充密度远低于最大填充密度。当隐晶质石墨体积分数为Ｖ１时，颗粒表面被ＰＶＡ以一定厚度包覆，其厚度为Ｈ０，可以由以下计算式得到Ｈ０＝ｄ２３０．７４Ｖ１槡－１（）（２）其中，ｄ为隐晶质石墨颗粒粒径，通过计算Ｈ０来评价导热复合材料体系形成气孔的难易程度。对于粒径一定的隐晶质石墨，Ｈ０越小，气孔形成越困难，热导率提高的程度越高。由式（２），可得Ｖ１＝０．７４２Ｈ０ｄ－１（）３（３）随着复合材料中隐晶质石墨含量增大，相同体积下隐晶质石墨颗粒间距减小，ＰＶＡ包覆膜厚度减小，ＰＶＡ不能填充隐晶质石墨颗粒间隙范围越来越广，气孔数目增加导致气孔率升高。根据图６，复合材料的质量
１（５）假设隐晶质石墨颗粒与ＰＶＡ仍按照Ｙ．Ａｇａｒｉ模型的导热网链复合导热，则复合后热导率为ｌｇｋ＝Ｖｇｌｇ（Ｃ１ｋｍ）＋Ｖ１Ｃ２ｌｇｋｆ＝θｌｇ（Ｃ１ｋｍ）＋Ｖ１Ｃ２ｌｇｋｆ（６）将式（２）（３）（５）带入式（６），化简后得复合材料热导率结果为ｌｇｋ＝１－４３πｄ２＋Ｈｏ（）３［］×ｌｇ（Ｃ１ｋｍ）＋４３πｄ２（）３Ｃ２ｌｇｋｆ（７）图７为隐晶质石墨复合材料热导率实验值与Ｙ．Ａｇａｒｉ模型、修正后的Ｙ．Ａｇａｒｉ模型理论值的比较折线图。可以看出，修正后的Ｙ．Ａｇａｒｉ模型的复合材料热导率的预测值与实验值相近，且修正后的Ｙ．Ａｇａｒｉ模型比Ｙ．Ａｇａｒｉ模型理论值要高，这是因为复合材料中ＰＶＡ的厚度Ｈ０和气孔率θ的影响。Ｙ．Ａｇａｒｉ模型只考虑到导热填料的体积分数、导热填料和聚合物的热导率，隐晶质石墨／ＰＶＡ复合材料颗粒为球状模型，忽视了复合材料颗粒间隙的存在及其作用，修正后的Ｙ．Ａｇａｒｉ模型将气孔率θ这一因素与之相关联。传递热振动的声子会在二相界面发生反射、折射、干涉和阻滞等散射现象，由于热导率隐晶质石墨?ＰＶＡ?气孔，则在两相界面热量的散失过程中，石墨和ＰＶＡ的声子散射热量流失现象更为严重，故Ｙ．Ａｇａｒｉ模型预测值比实际理论值要低，在粒径不变的情况下，石墨百分含量增加，ＰＶＡ包覆膜Ｈ０的厚度会随之减小，散失的热量更多，所以Ｙ．Ａｇａｒｉ模型比修正后的Ｙ．Ａｇａｒｉ模型的预测值
【参考文献】：
期刊论文
[1]金刚石混杂碳化硅/铝复合材料的组织与热物理性能（英文）[J]. 郭宏,韩媛媛,张习敏,贾成厂,徐骏. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2015(01)
[2]高导热复合材料研究进展[J]. 崔永红,焦剑,汪雷,吕盼盼. 粘接. 2015(01)
[3]隐晶质石墨含量与粒径对复合材料导热性能的影响[J]. 谢炜,彭顺文,匡加才,徐华,邓应军,郑亚亚,王真. 功能材料. 2014(19)
[4]高导热炭纤维的研究进展[J]. 马兆昆,宁淑丽,宋怀河. 北京化工大学学报(自然科学版). 2014(01)
[5]偶联剂对石墨/酚醛树脂复合双极板性能的影响[J]. 刘洪波,杨荔,陈惠,杨丽,何月德. 湖南大学学报(自然科学版). 2011(07)
[6]Al2O3/聚丙烯复合材料的导热性能研究[J]. 麦堪成,蔡泽伟. 塑料. 2006(03)
硕士论文
[1]SiC填充PA6导热复合材料的制备和研究[D]. 步真松.郑州大学 2013
本文编号：3258337
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