金屬-聚合物復(fù)合結(jié)構(gòu)對(duì)材料導(dǎo)熱性能的影響研究.pdf

1、在電子信息、電氣工程和換熱工程等領(lǐng)域，對(duì)導(dǎo)熱材料提出更高的要求，要求其具有導(dǎo)熱系數(shù)高、電絕緣性能優(yōu)良，耐化學(xué)腐蝕性好和力學(xué)性能良好等特點(diǎn)。金屬材料導(dǎo)熱系數(shù)高、力學(xué)性能好，但是電絕緣性能和耐腐蝕性能差。高分子材料則與之相反，其電絕緣性能優(yōu)良、耐腐蝕性能好，但導(dǎo)熱系數(shù)低、力學(xué)性能差。針對(duì)上述領(lǐng)域?qū)?dǎo)熱材料的要求，目前國(guó)內(nèi)外的研究主要是通過(guò)在高分子材料中填充高導(dǎo)熱絕緣填料（如金屬氧化物、金屬氮化物）形成導(dǎo)熱網(wǎng)鏈的方法來(lái)提高其導(dǎo)熱能力，該方法加

2、工方便，制作簡(jiǎn)單，對(duì)高分子材料的導(dǎo)熱能力提高有限，由于需要填充大量導(dǎo)熱絕緣填料，致使復(fù)合材料的拉伸性能和沖擊性能嚴(yán)重下降。
　　本課題針對(duì)目前導(dǎo)熱高分子材料存在的問(wèn)題，結(jié)合金屬材料和高分子材料的優(yōu)點(diǎn)，以不飽和聚酯(UP)為基體，以金屬絲（課題以鋼絲、鋁絲和銅絲等作為研究對(duì)象）作為導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，制成金屬/聚合物復(fù)合結(jié)構(gòu)導(dǎo)熱材料。課題首先用Pro/E軟件建立一個(gè)60×50×40毫米的方狀模型，在模型底部設(shè)鋼質(zhì)加熱片，在模型的垂直和水平

3、方向上內(nèi)嵌若干金屬絲，然后將該模型導(dǎo)入ANSYS有限元軟件進(jìn)行穩(wěn)態(tài)熱分析，通過(guò)分析模型的最高溫度的方法，研究金屬絲直徑、材料及排布對(duì)復(fù)合材料導(dǎo)熱性能的影響。最后，對(duì)不同鋼絲直徑和排布的實(shí)際樣品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。以下結(jié)論可以得出:
　　(1)模擬和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，金屬導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)的存在顯著提高復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能。隨著金屬絲直徑的增大，復(fù)合材料的導(dǎo)熱能力隨之提高，復(fù)合材料的等效導(dǎo)熱系數(shù)是純UP的2-4倍，模型的實(shí)驗(yàn)溫度值與模擬溫度值的溫度誤差為

4、6.08％;
　　(2)模擬結(jié)果表明，在復(fù)合材料中，金屬材料的導(dǎo)熱系數(shù)越高，該復(fù)合材料的導(dǎo)熱能力越好。金屬材料為銅絲時(shí)，復(fù)合材料等效導(dǎo)熱系數(shù)約為0.74W/m·K，是純UP的3倍多。但是當(dāng)金屬材料的導(dǎo)熱系數(shù)達(dá)到237W/m·K以后，對(duì)該復(fù)合材料的導(dǎo)熱能力影響不再明顯。
　　(3)模擬和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，垂直方向金屬絲數(shù)量對(duì)復(fù)合材料的導(dǎo)熱能力的影響明顯，垂直方向排布8根和24根鋼絲的模型的等效導(dǎo)熱系數(shù)分別約為0.35 W/m·K和