填充型聚合物基導熱復合材料的e-DPD模擬研究.pdf

1、在復合材料領(lǐng)域中，復合體系的導熱性能一直都是研究熱點。高分子復合材料的導熱性能強烈依賴于填充的導熱填料本身的性質(zhì)以及填料在體系中是否形成導熱通路。由于高分子復合材料絕緣性好，且具有獨特的易加工和結(jié)構(gòu)特點，促使擁有不可取代的優(yōu)異性能，從而應用于科學技術(shù)和生產(chǎn)力發(fā)展過程中。然而，大多數(shù)高分子材料都是不良的熱導體，單一的組分材料越來不能滿足現(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域的需求。因此，合成具有高導熱的高分子復合材料是不可避免的。比如，向高分子材料添加高導熱

2、填料后能大大提高其導熱性能。此外，相關(guān)導熱復合材料的導熱機理以及導熱填料形成的導熱網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)是很難用實驗方法進行控制和表征。計算機模擬可以從微觀層次上模擬研究復合材料的微觀結(jié)構(gòu)，解釋和分析復合材料的導熱性能。本論文基于能量守恒的耗散粒子動力學模型方法(e-DPD)研究復合材料的微觀形態(tài)和不同受限環(huán)境下共混自組裝形成微觀結(jié)構(gòu)對復合材料導熱性能的影響，具體內(nèi)容如下:
　　研究復合材料體系的微觀結(jié)構(gòu)對復合材料導熱性能的影響。當復合材料體系

3、中的導熱顆粒在熱流方向上和傳熱截斷半徑范圍內(nèi)形成理想導熱通路時能大大提高其導熱系數(shù)，但目前技術(shù)使復合體系的導熱性能提高那么多還是無法實現(xiàn)的。對求解到復合材料體系的總熱流量進行熱流分解，結(jié)果表明提高復合材料導熱系數(shù)的主要原因是由導熱顆粒與導熱顆粒間的熱流量所引起。當復合體系中導熱顆粒規(guī)則地排列分布在熱流方向上，但在傳熱截斷半徑范圍內(nèi)不形成偽導熱通路時，也能很好地提高其導熱性能，這種方法可以有效降低復合體系中填料的填充量。選取兩種不同形貌的

4、高導熱顆粒來研究填料的形貌、尺寸和含量大小對復合材料導熱性能的影響。研究表明隨著導熱填料填充量的增大，兩種不同形貌的高導熱顆粒均能提高復合體系的熱導率，但添加片層狀顆粒體系要比中心對稱顆粒體系明顯提高。改變復合材料中中心對稱顆粒的尺寸后，越小尺寸的中心對稱顆粒，其復合體的導熱率越大。從分解的總熱量圖可以看出，顆粒尺寸越小，顆粒與聚合物間的熱流量越大，說明越小體積的顆粒能夠較分散在基體中，從而明顯的提高導熱效果。然而，對于不同尺寸（L3、

5、L4、L9和L16）的片層狀顆粒復合體系，添加L4的復合體系導熱系數(shù)最大。選取三種尺寸的(L3、L4和L9)片層狀顆粒進行取向和非取向時，取向的片層狀顆粒比非取向復合體系熱導率要高，且添加的L4進行取向時的復合材料體系導熱系數(shù)最高。
　　在復合體系中加入有選擇性填料，研究受限環(huán)境下聚合物基自組裝形成微觀結(jié)構(gòu)對其導熱性能影響。當選取基體為等對稱線性兩嵌段聚合物(A16B16)時，導熱顆粒的形貌、填充量以及在基體中選擇分布形成復合材料

6、的微相結(jié)構(gòu)都影響復合材料的導熱性能。在本節(jié)中加入顆粒填充量最大為12.5％，以保證含有導熱顆粒的復合體系也能形成層狀結(jié)構(gòu)。選取不同形狀的導熱顆粒（P1、R5和L25）的復合體系導熱性能數(shù)值相比較依次是L25＞ R5＞ P1。隨著不同形狀導熱顆粒的填充量增大，復合體系的導熱系數(shù)也隨之增大。從VMD圖可以看出片層狀顆粒能夠較好地分散分布在層狀嵌段共聚物中，在B相和兩相界面處能夠取向分布，在體系中更容易形成導熱網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。導熱顆粒的富集相是在B

7、相中和兩相界面處時比導熱顆粒在A與B相分散分布時共混體系得到的自組裝構(gòu)型更有利于提高復合體系導熱性能。當選取兩種不同聚合物（A32和B32）的共混體為基體時，研究A32和B32的復配比和導熱顆粒的形貌以及在基體中的選擇分布形成的復合材料微相結(jié)構(gòu)對其導熱性能影響。導熱填料的填充量為5％，改變A32和B32的復配比，并向復合體系中添加不同形貌的導熱顆粒(P1、R5和L25)，結(jié)果表明當A32∶B32=29∶9時，含有L25的復合體系導熱效果