為提高含氟聚合物F2314的導(dǎo)熱性能,采用多壁碳納米管（MWCNTs）對F2314進(jìn)行改性。用密煉混合法制備了F2314/MWCNTs復(fù)合材料。研究了MWCNTs含量、溫度對F2314/MWCNTs復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)的影響。建立了F2314/MWCNTs復(fù)合材料的導(dǎo)熱模型。結(jié)果表明,F2314/MWCNTs復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)隨MWCNTs含量增加而增大。當(dāng)MWCNTs質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%時,30℃下F2314/MWCNTs復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)高達(dá)0.647 W·m^-1·K^-1,比純F2314的導(dǎo)熱系數(shù)提高3.43倍。F2314/MWCNTs復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能對溫度的依賴性與F2314的相態(tài)轉(zhuǎn)變密切相關(guān)。隨著溫度增加,F2314/MWCNTs復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)先增加,然后在玻璃化轉(zhuǎn)變溫度附近達(dá)到最大值,接著逐漸降低。有效介質(zhì)方法修正公式的計算結(jié)果與實驗吻合較好,表明該公式可以較好地模擬F2314/MWCNTs復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能。 

【文章來源】：含能材料. 2016年01期 北大核心

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

2314/MWCNTs復(fù)合材料的微觀形貌結(jié)構(gòu)

CNTs在基體中形成互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而提高了復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能。但是，與純F2314相比，F(xiàn)2314/MWCNTs復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)增幅不大。這與文獻(xiàn)報道的其它聚合物/碳納米管體系的情況一致［7］。這主要是因為碳納米管與F2314基體間的界面熱阻大，熱量在傳遞過程中急劇下降，因此添加高導(dǎo)熱的MWCNTs后，F(xiàn)2314/MWCNTs復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)不是很高，遠(yuǎn)小于F2314和MWCNTs導(dǎo)熱系數(shù)的線性加和(FC-1、FC-2、FC-3、FC-4和FC-5復(fù)合材料的線性加和值分別為54．14，135．44，272．23，550．02，833．81W·m－1·K－1)。圖230℃下F2314/MWCNTs復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)與MWCNTs含量的關(guān)系Fig．2AplotofthermalconductivityofF2314/MWCNTscompositesat30℃vs．MWCNTscontent3．3溫度對F2314/MWCNTs復(fù)合材料導(dǎo)熱性能的影響圖3是F2314/MWCNTs復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度的變化曲線。從圖3可以看出，F(xiàn)2314/MWCNTs復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度的變化呈現(xiàn)相同的規(guī)律，即導(dǎo)熱系數(shù)先隨著溫度升高而增大，然后達(dá)到最大值，接著逐漸下降。F2314/MWCNTs復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能對溫度的依賴性主要與F2314的相態(tài)轉(zhuǎn)變密切相關(guān)。導(dǎo)熱系數(shù)的最大值出現(xiàn)在50℃附近，對應(yīng)于F2314/MWCNTs復(fù)合材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(～48℃)［13］。在其它導(dǎo)熱粒子填充復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)與溫度關(guān)系研究中也發(fā)現(xiàn)了類似的現(xiàn)象。例如，Agarwal等［14］制備了纖維/苯酚甲醛復(fù)合材料，發(fā)現(xiàn)復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)在玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時達(dá)到最大值或者峰值。當(dāng)溫度低于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時(＜50℃)，隨著溫度升高，聚合物分子鏈逐漸伸展，導(dǎo)致聲子平均自由程增加，因此材料的熱阻降低，熱導(dǎo)率提高。當(dāng)溫度高于F2314/MWCNTs復(fù)合材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時(＞50℃)，隨著溫度升高，分子鏈段運動?

。在其它導(dǎo)熱粒子填充復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)與溫度關(guān)系研究中也發(fā)現(xiàn)了類似的現(xiàn)象。例如，Agarwal等［14］制備了纖維/苯酚甲醛復(fù)合材料，發(fā)現(xiàn)復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)在玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時達(dá)到最大值或者峰值。當(dāng)溫度低于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時(＜50℃)，隨著溫度升高，聚合物分子鏈逐漸伸展，導(dǎo)致聲子平均自由程增加，因此材料的熱阻降低，熱導(dǎo)率提高。當(dāng)溫度高于F2314/MWCNTs復(fù)合材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時(＞50℃)，隨著溫度升高，分子鏈段運動產(chǎn)生的微孔數(shù)量和尺寸增大，導(dǎo)致復(fù)合材料導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度升高而降低［14］。圖3F2314/MWCNTs復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)與溫度的關(guān)系圖Fig．3AplotofthermalconductivityofF2314/MWCNTscompositesvstemperature3．4F2314/多壁碳納米管復(fù)合材料的導(dǎo)熱模型當(dāng)碳納米管含量很低(f＜0．02)時，Maxwell-Gar-nett型有效介質(zhì)方法(EMA)［15］可以用于計算碳納米管復(fù)合材料的有效導(dǎo)熱系數(shù)。在碳納米管復(fù)合材料中，碳納米管的導(dǎo)熱系數(shù)遠(yuǎn)高于高聚物基體的導(dǎo)熱系數(shù)，且碳納米管的長徑比很大。根據(jù)有效介質(zhì)方法，當(dāng)碳納米管隨機(jī)分散在基體中時，碳納米管復(fù)合材料的有效導(dǎo)熱系數(shù)為［10］:KeKm=3+f(βx+βz)3－fβx(1)式中，Ke為碳納米管復(fù)合材料的有效導(dǎo)熱系數(shù)，W·m－1·K－1;Km為高聚物基體的導(dǎo)熱系數(shù)，W·m－1·K－1;f為碳納米管的體積分?jǐn)?shù)，參數(shù)βx和βz可以用下式計算［10］:βx=2(Kc11－Km)Kc11+Km，βz=Kc33Km－1(2)式中，Kc11和Kc33分別為一個復(fù)合材料晶胞沿著橫軸和縱軸的等效導(dǎo)熱系數(shù)，W·m－1·K－1。將包覆一層非常薄的界面熱阻層的碳納米管視為一個復(fù)

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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