采用计算和实验方法评估基于环氧树脂的混合复合材料的热导率

《Heat Transfer》：Assessment of Thermal Conductivity of Epoxy-Based Hybrid Composites Using Computational and Experimental Approach

本研究通过数值模拟与实验验证，探讨剑麻纤维和玻璃粉尘增强环氧基复合材料的隔热性能。结果表明，随着填充量增加至17%，材料热导率降低25.56%，验证了其经济高效的隔热特性，适用于包装、建筑和汽车部件。

　　

摘要

本研究采用数值分析和实验验证相结合的方法，探讨了以苎麻纤维和玻璃粉为增强材料的环氧基复合材料的隔热性能。为了数值评估复合材料的有效热导率（k_eff），在定义的边界条件下应用有限元方法对一维热传导模型进行了模拟。模拟在两种不同条件下进行：复合材料内部有空隙和无空隙的情况。随后通过手工铺设工艺制备了填料比例不同的混合环氧复合材料，其体积分数范围为0%至15.136%。利用防护热流法测量了这些复合材料的k_eff值。数值模拟结果与实验测量值吻合良好，最大偏差仅为5.97%。随着填料含量增加到17 wt.%，复合材料的k_eff值从0.180 W/m·K降低到0.134 W/m·K，表明其隔热性能得到了提升。本研究证实，含有苎麻纤维和玻璃粉的混合环氧复合材料为包装、建筑和汽车零部件等各种功能性应用提供了一种兼具优异隔热性能和经济性的选择。