Estudio del modelo de conductividad térmica polimérico/compuesto con relleno laminar basado en la ruta de mínima resistencia térmica

Lu He ,  

Qiang Fu ,  

Kai Wu ,  

摘要

El modelo tradicional de conductividad térmica basado en la teoría de medios efectivos se construye sobre la suposición de una sola partícula, lo que dificulta describir las interacciones causadas por la proximidad de las partículas de relleno y el cambio en la dirección del flujo de calor resultante, por lo que no puede expresar eficazmente el comportamiento de percolación térmica, presentando desviaciones significativas en condiciones de alta carga. Por ello, anteriormente propusimos un modelo de conductividad térmica basado en la teoría de la ruta de mínima resistencia térmica, que restringe el flujo de calor a transmitirse por la ruta de mínima resistencia térmica total en el sistema, logrando una predicción precisa de la conductividad térmica en sistemas compuestos de polímero/relleno de forma casi esférica en alta carga. Sobre esta base, este estudio amplía la idea de la ruta de mínima resistencia térmica a sistemas compuestos con rellenos laminares. Al equiparar la distribución altamente desordenada y espacialmente correlacionada de rellenos laminares a una estructura simplificada de red de resistencia térmica analítica, e introduciendo un mecanismo direccional de selección basado en la teoría de la ruta de mínima resistencia térmica, se caracteriza la propiedad vectorial del flujo de calor, lo que permite capturar eficazmente la percolación y la conductividad térmica anisotrópica causadas por la proximidad, solapamiento y percolación en red de rellenos laminares. A través de la validación con datos experimentales en sistemas de materiales cruzados, el modelo alcanzó un ajuste de 0.98 en más de 200 conjuntos de datos de materiales compuestos con rellenos laminares, con un error relativo promedio de solo 11.54%, y un rango de predicción que cubre hasta un 50% en volumen, cubriendo básicamente los sistemas compuestos con rellenos laminares procesables actualmente. Este modelo proporciona una herramienta eficiente y fiable para la predicción del rendimiento de conductividad térmica de sistemas compuestos de polímero/relleno laminar y también ofrece una base teórica para comprender el comportamiento de percolación térmica en materiales compuestos poliméricos.

关键词

relleno laminar; materiales compuestos poliméricos; modelo teórico; coeficiente de conductividad térmica; percolación térmica

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