采用纳米填料改性的织物聚合物复合材料的导热性建模与表征

《Polymer Composites》：Thermal Conductivity Modeling and Characterization for Woven Fabric Polymer Composites Modified With Nanofillers

WFP复合材料中不同纳米填料形态对热导率的影响研究，基于有效介质理论建立分析模型并验证。实验表明片状GNP提升效果最显著（18.71%），其次为CNTs（10.45%）和nano-ZnO（2.57%），通过界面热传导模型揭示热增强机制。

　　

摘要

编织织物聚合物（WFP）复合材料本身具有较低的热导率，这限制了其在热管理中的应用。根据纳米填料的几何形态，选择了三种类型的纳米填料：颗粒状纳米氧化锌（nano-ZnO）、棒状碳纳米管（CNTs）和片状石墨烯纳米片（GNPs）。系统地分析了这些纳米填料对WFP复合材料热导性能的影响。基于有效介质理论（EMT），提出了一种分析方法来预测WFP材料系统的有效热导率（ETC）。该方法量化了纳米填料的尺寸和质量分数对材料系统ETC的影响。单侧恒温（SSCT）传热实验表明，随着纳米填料质量分数的增加，试样的平均稳态温度也随之升高，其中3 wt.% GNPs使温度提高了18.71%，3 wt.% CNTs提高了10.45%，3 wt.% nano-ZnO提高了2.57%。通过有限元（FE）分析和实验验证了该分析方法的有效性。根据纳米填料的几何形态以及WFP复合材料中的界面结合状态，建立了界面热传导模型，从而解释了不同纳米填料改性WFP复合材料的传热机制。

亮点

• 分析方法能够有效预测有效热导率。
• 界面模型阐明了改性复合材料中的传热机制。
• 高纳米填料含量促进了热传导网络的形成。
• 纳米填料的形态影响热传导性能：片状 > 棒状 > 颗粒状。
• 石墨烯改性复合材料显示出最高的热传导性能提升（18.71%）。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。

数据可用性声明

作者无需报告任何内容。