本文選題：能量守恒的耗散粒子動力學(xué)　切入點：聚合物基復(fù)合材料　出處：《安徽大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：在復(fù)合材料領(lǐng)域中,復(fù)合體系的導(dǎo)熱性能一直都是研究熱點。高分子復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能強烈依賴于填充的導(dǎo)熱填料本身的性質(zhì)以及填料在體系中是否形成導(dǎo)熱通路。由于高分子復(fù)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(yīng)用于科學(xué)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(dǎo)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(dǎo)熱的高分子復(fù)合材料是不可避免的。比如,向高分子材料添加高導(dǎo)熱填料后能大大提高其導(dǎo)熱性能。此外,相關(guān)導(dǎo)熱復(fù)合材料的導(dǎo)熱機理以及導(dǎo)熱填料形成的導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)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(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu),解釋和分析復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能。本論文基于能量守恒的耗散粒子動力學(xué)模型方法(e-DPD)研究復(fù)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(fù)合材料導(dǎo)熱性能的影響,具體內(nèi)容如下:研究復(fù)合材料體系的微觀結(jié)構(gòu)對復(fù)合材料導(dǎo)熱性能的影響。當(dāng)復(fù)合材料體系中的導(dǎo)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(dǎo)熱通路時能大大提高其導(dǎo)熱系數(shù),但目前技術(shù)使復(fù)合體系的導(dǎo)熱性能提高那么多還是無法實現(xiàn)的。對求解到復(fù)合材料體系的總熱流量進行熱流分解,結(jié)果表明提高復(fù)合材料導(dǎo)熱系數(shù)的主要原因是由導(dǎo)熱顆粒與導(dǎo)熱顆粒間的熱流量所引起。當(dāng)復(fù)合體系中導(dǎo)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(dǎo)熱通路時,也能很好地提高其導(dǎo)熱性能,這種方法可以有效降低復(fù)合體系中填料的填充量。選取兩種不同形貌的高導(dǎo)熱顆粒來研究填料的形貌、尺寸和含量大小對復(fù)合材料導(dǎo)熱性能的影響。研究表明隨著導(dǎo)熱填料填充量的增大,兩種不同形貌的高導(dǎo)熱顆粒均能提高復(fù)合體系的熱導(dǎo)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(fù)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(fù)合體的導(dǎo)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(dǎo)熱效果。然而,對于不同尺寸(L3、L4、L9和L16)的片層狀顆粒復(fù)合體系,添加L4的復(fù)合體系導(dǎo)熱系數(shù)最大。選取三種尺寸的(L3、L"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(fù)合體系熱導(dǎo)率要高,且添加的L4進行取向時的復(fù)合材料體系導(dǎo)熱系數(shù)最高。在復(fù)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(dǎo)熱性能影響。當(dāng)選取基體為等對稱線性兩嵌段聚合物(A16B16)時,導(dǎo)熱顆粒的形貌、填充量以及在基體中選擇分布形成復(fù)合材料的微相結(jié)構(gòu)都影響復(fù)合材料的導(dǎo)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(dǎo)熱顆粒的復(fù)合體系也能形成層狀結(jié)構(gòu)。選取不同形狀的導(dǎo)熱顆粒(P1、P5和L25)的復(fù)合體系導(dǎo)熱性能數(shù)值相比較依次是L25R5P1。隨著不同形狀導(dǎo)熱顆粒的填充量增大,復(fù)合體系的導(dǎo)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(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。導(dǎo)熱顆粒的富集相是在B相中和兩相界面處時比導(dǎo)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(fù)合體系導(dǎo)熱性能。當(dāng)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(fù)配比和導(dǎo)熱顆粒的形貌以及在基體中的選擇分布形成的復(fù)合材料微相結(jié)構(gòu)對其導(dǎo)熱性能影響。導(dǎo)熱填料的填充量為5%,改變A32和B32的復(fù)配比,并向復(fù)合體系中添加不同形貌的導(dǎo)熱顆粒(P1、R5和L25),結(jié)果表明當(dāng)A32:B32=29:9時,含有L25的復(fù)合體系導(dǎo)熱效果更好。從VMD圖中可以看出L25在基體中能夠較好的取向分布導(dǎo)致其導(dǎo)熱性能好。導(dǎo)熱顆粒集中分布在B相中和兩相界面處時都比導(dǎo)熱顆粒在兩相中分散分布時復(fù)合體系的自組裝構(gòu)型更有利于提高復(fù)合體系導(dǎo)熱性能。
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【學(xué)位授予單位】：安徽大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TB33

【參考文獻】

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本文編號：1636339