聚合物基复合材料导热性能的预测模型.pdf

Apr．2006
2OO6年4月润滑与密封
第4期(总第176期)LUBRICATIONENGINEERINGNo．4(serialNo．176)

聚合物基复合材料导热性能的预测模型

曾群锋李纪云‘彭旭东‘
(1．浙江工业大学机电工程学院浙江杭州310032；2．西安交通大学润滑理论及轴承研究所陕西西安710049)

摘要：通过研究填料的含量和几何形状等因素对聚合物基复合材料导热率的影响规律，建立了三相复合材料导热率
的理论模型，模型预测值与文献试验结果吻合较好。基于此模型分析了填料的体积分数、导热率以及填料和基体间的相
对导热率等因素对复合材料导热率的影响，认为填料相的导热率对复合材料导热率的影响大于基体相。
关键词：聚合物；复合材料；填料；导热率；预测模型
中图分类号：13-I117；TQ317文献标识码：A文章编号：0254—0150(2006)4—070—3

PredictionModelofThermalPropertiesofPolymer·basedComposites
ZengQunfeng‘‘LiJiyun‘PengXudong‘

(1．CollegeofMechanicalEngineering，ZhejiangUniversityofTechnology，HangzhouZhejiang310032，China；
2．TheoryofLubricationandBeatingInstitute．Xi’anShaanxiJiaotongUniversity，Xi’anShaanxi710049，China1
Al~traet：Thetheoreticalmodelforpredictingthethermalconductivityofthree—phasepolymer—basedcompositesWases—
tablishedbyconsideringthecontentandshapeofthefillers．Thepredictingresultswerecomparablewellwiththepub—

lishedexperimentalresults．Theefectsofvolumefractionandthermalconductivityofthefillersandtherelativeconductivi—

tyofthefillerstothematrixpolymeronthethemmlconductivityofacompositewereanalyzed．Theresultsshowthatthe
thermalconductivityofafillerhasstrongereffectthanthatofthematrixpolymeronthethermalconductivityofacompos—

ite．
Keywords：polymer；polymer·basedcomposite；fillers；thermalconductivity；predictionmodel

随着工业装备向大型化和高参数的发展，要求摩排列方式等因素，建立了三相聚合物基复合材料导热
擦结构材料具有较好的综合性能。例如在某些场合率的理论预测模型。
下，要求摩擦部件既具有良好导热性和低的摩擦因1理论模型
数，又抗磨损耐腐蚀，而传统的金属材料无法满足这三相复合材料在微观IⅡⅢ
{1
些要求。聚合物作为摩擦结构材料用得越来越多，尽上具有周期性或近似周期
管耐蚀性强，但是大多数导热性和耐磨性差。要想赋性，即材料是由图1所
予聚合物优良的导热和耐磨性能，从结构改性制备难示的单胞在空间中周期性
度很大，因此，通过选择高导热率或／和高硬度填料重复形成的。尽管在微观
对聚合物进行填充改性是制备导热聚合物基耐磨复合上单胞具有不均匀性。但
I—十，填料2
材料的有效途径。由于其尺度远小于复合材II
ll～
影响聚合物基复合材料热性能的因素较多，如填料的宏观尺度，所以材料
料的种类、含量、导热性质、几何形状、表面特性以的宏观特性仍然是均匀的。图1聚合物基复合材
及基体的分子质量、交联度、结晶度和取向度等⋯。料的基本单胞
因此，复合材料在宏观上
目前，研究人员主要建立了两相聚合物基复合材料的
可认为各向同性。在求单胞的导热率时只考虑主方向
导热率模型，而对三相复合材料仅有Agari提出了经
的导热率，忽略其它方向上的导热率和各相材料界面
验模型拉。。本文作者主要考虑填料的含量、形状和
上的热阻，因此可忽略单胞中各相材料的相对位置影
响。为了考虑填料形状对复合材料导热率的影响。分
·基金项目：中国石油天然气集团公司石油科技中青年创新基
别考虑了片状和球形填料，其截面分别为方形和圆
金(W