CN109187630A - 一种复合材料导热系数的预测方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于外墙外保温技术领域，提出一种复合材料导热系数的预测方法。提出的一种复合材料导热系数的预测方法将复合材料中的两种组分分为连续相和分散相，连续相为复合材料的主要组分；分散相即为弥散于连续相中的添加组分；在确定了分散相的导热系数、分散相的体积分数分布范围、分散相的形状因子后，即可计算出连续相的导热系数、分散相的体积分数、复合材料的等效导热系数；最后，再利用计算机软件Origin将获取的连续相的导热系数、分散相的体积分数、复合材料的等效导热系数这三组数据进行处理，得到有关复合材料的导热系数的曲线图。本发明便于复合材料的选取、研究和设计，有助于外墙外保温的节能。

Description

一种复合材料导热系数的预测方法

技术领域

本发明属于外墙外保温技术领域，具体涉及一种复合材料导热系数的预测方法。

技术背景

随着科技创新的日益发展和国家大力提倡的节能降耗的要求，传统的外墙外保温材料已经不能满足比重轻、导热低等要求，因此，寻求新的替代材料成为未来的发展方向之一。复合材料作为新的替代材料越来越引起了人们的关注，由于复合材料不再类似于单一材料拥有固定的热物性，其导热系数拥有较大的不确定性，人们无法直观地获知这种新的替代材料是否满足用于外墙外保温技术领域的需求。

复合材料的导热系数经过前人的大量研究，较为成熟的方法是建立单元体模型，并以复合材料模型中的最小热阻力法则和比等效导热系数相等法则作为依据，等效导热系数更有效地表征复合材料的实际导热系数，等效导热系数与复合材料各组分的导热率、弥散颗粒几何形状和体积分数有关。

等效导热系数的定量确定对复合材料的设计、制备和性能研究起着至关重要的作用，因此，寻求复合材料等效导热系数的预测方法一直受到广泛的关注。

发明内容

本发明的目的是提出一种复合材料导热系数的预测方法，使其能够有效预测外墙外保温复合材料的导热系数，并且呈现较为直观的曲线图，有助于复合材料的设计、制备和性能研究。

本发明为完成上述目的采用如下技术方案：

一种复合材料导热系数的预测方法，所述预测方法首先将复合材料中的两种组分分为连续相和分散相，连续相为复合材料的主要组分；分散相即为弥散于连续相中的添加组分；在确定了分散相的导热系数、分散相的体积分数分布范围、分散相的形状因子后，即可计算出连续相的导热系数、分散相的体积分数、复合材料的等效导热系数；最后，再利用计算机软件Origin将获取的连续相的导热系数、分散相的体积分数、复合材料的等效导热系数这三组数据进行处理，得到有关复合材料的导热系数的曲线图，根据拟合出来的曲线图可直观地选取目标复合材料的导热系数，并且可清晰看出复合材料的各组分参数之间的关系；其具体步骤如下：

1）确定分散相的导热系数；根据分散相材料的确定分散相的导热系数；

2）确定分散相的形状因子S，球形：S=6/π；立方体：S=1；圆柱体：S=4/πm；长方体S=4m²/π，其中m为分散相的长径比；

3）确定分散相的体积分数分布范围；设分散相在复合材料中的加入量为0.01～1，即1%～100%；

4）设分散相在复合材料中的加入量为0.01～1，即1%～100%；

5）利用计算机软件VB编程复合材料的等效导热计算公式，公式如下：

其中：为复合材料的等效导热系数即复合材料的导热系数，为分散相的导热系数，为连续相的导热系数，S为分散相的形状因子，为分散相在复合材料体系中的体积分数；连续相的导热系数的取值范围大于分散相的取值范围，小于等于0.1 w/m•k；

6）自动迭代计算得到、、这三个参数的数据组，且将这三组数据导入计算机软件Origin中处理，可得到、、这三个参数的变化曲线图；

7）最后，通过计算机软件Origin对、、这三个参数的数据组进行处理，生成复合材料导热系数曲线图。

本发明提出的一种复合材料导热系数的预测方法，采用上述技术方案，在测试条件下计算不同保温材料的等效导热系数以及各组分之间体积分数、导热系数之间的关系，并根据最终得到的曲线图确定该复合材料是否符合外墙外保温的要求，从而便于复合材料的选取、研究和设计，有助于外墙外保温的节能；因其导热系数预测方法的准确与简便，主要作用于建筑外墙外保温的保温节能实施，根据曲线图选取的复合材料导热系数及各组分的体积分数、导热系数，从曲线图中选取的数据与实测值相比较为接近。

附图说明

图1实施例1的复合材料导热系数曲线图。

图2实施例2的复合材料导热系数曲线图。

图3实施例3的复合材料导热系数曲线图。

具体实施方式

结合具体实施例对本发明加以说明，该实施例中仅对建筑外墙外保温用复合材料做预测；

一种复合材料导热系数的预测方法，使其能够有效预测外墙外保温复合材料的导热系数，并且呈现较为直观的曲线图，有助于复合材料的设计、制备和性能研究。该实施例以空心玻璃微珠、无机纤维、聚苯颗粒为分散相和水泥基或者有机聚合物等作为连续相的建筑外墙外保温用复合材料，其具体步骤如下：

1）、确定分散相的导热系数，空心玻璃微珠为：0.035 w/m•k；无机纤维：0.039 w/m•k；聚苯颗粒：0.042 w/m•k；

2）、确定分散相的形状因子S，空心玻璃微珠为：S=6/π；聚苯颗粒为：S=1；无机纤维为：S=4/πm，（其中长径比m=10）；

3）、确定分散相的体积分数分布范围，该实施例中，各分散相的体积分数分布范围均为：0.01～1；

4）、利用计算机软件VB编程复合材料的等效导热计算公式，公式如下：

其中：为复合材料的等效导热系数（可视为复合材料的导热系数），为分散相的导热系数，为连续相的导热系数，S为分散相的形状因子，为分散相在复合材料体系中的体积分数；

5）、自动迭代计算得到、、这三个参数的数据组，且将这三组数据导入计算机软件Origin中处理，可得到、、这三个参数的变化曲线图。

实施例的两组数据基础参数如表1所示：

表1 基础计算参数

	分散相材料	分散相导热系数典型值（w/m•k）	分散相的形状因子	分散相的体积分数范围
					实施例1	空心玻璃微珠	0.03	6/π	0.01~1
实施例2	无机纤维	0.035	S=4/πm	0.01~1
					实施例3	聚苯颗粒	0.04	1	0.01~1

实施例1：根据实施例的具体实施步骤，将基础计算参数代入等效导热计算公式，

1）、则实施例1的计算公式为：

2）、利用计算机软件VB编程上述公式，并填入连续相的导热系数范围，实施例1设定为0.03 w/m•k～0.1 w/m•k，计算步长为0.001；填入分散相的体积分数分布范围：0.01～1，计算步长为0.01：

3）、最后，通过计算机软件Origin对、、这三个参数的数据组进行处理生成复合材料的导热系数曲线图，如图1所示。

实施例2：

1）、则实施例2的计算公式为：

2）、利用计算机软件VB编程上述公式，并填入连续相的导热系数范围，实施例2设定为0.035 w/m•k～0.1 w/m•k，计算步长为0.001；填入分散相的体积分数分布范围：0.01～1，计算步长为0.01：

3）、最后，通过计算机软件Origin对、、这三个参数的数据组进行处，从而生成复合材料的导热系数曲线图，如图2所示。

实施例3：

1）、则实施例3的计算公式为：

2）、利用计算机软件VB编程上述公式，并填入连续相的导热系数范围，实施例3设定为0.04 w/m•k～0.1 w/m•k，计算步长为0.001；填入分散相的体积分数分布范围：0.01～1，计算步长为0.01：

3）、最后，通过计算机软件Origin对、、这三个参数的数据组进行处理，将其从XYZ数据转化为矩阵数据，从而生成的复合材料导热系数曲线图，如图3所示。

Claims (1)

1.一种复合材料导热系数的预测方法，其特征在于：所述预测方法首先将复合材料中的两种组分分为连续相和分散相，连续相为复合材料的主要组分；分散相即为弥散于连续相中的添加组分；在确定了分散相的导热系数、分散相的体积分数分布范围、分散相的形状因子后，即可计算出连续相的导热系数、分散相的体积分数、复合材料的等效导热系数；最后，再利用计算机软件Origin将获取的连续相的导热系数、分散相的体积分数、复合材料的等效导热系数这三组数据进行处理，得到有关复合材料的导热系数的曲线图，根据拟合出来的曲线图可直观地选取目标复合材料的导热系数，并且可清晰看出复合材料的各组分参数之间的关系；其具体步骤如下：

1）确定分散相的导热系数；根据分散相材料的确定分散相的导热系数；

2）确定分散相的形状因子S，球形：S=6/π；立方体：S=1；圆柱体：S=4/πm；长方体S=4m²/π，其中m为分散相的长径比；

3）确定分散相的体积分数分布范围；设分散相在复合材料中的加入量为0.01～1，即1%～100%；

4）设分散相在复合材料中的加入量为0.01～1，即1%～100%；

5）利用计算机软件VB编程复合材料的等效导热计算公式，公式如下：

其中：为复合材料的等效导热系数即复合材料的导热系数，为分散相的导热系数，为连续相的导热系数，S为分散相的形状因子，为分散相在复合材料体系中的体积分数；连续相的导热系数的取值范围大于分散相的取值范围，小于等于0.1 w/m•k；

6）自动迭代计算得到、、这三个参数的数据组，且将这三组数据导入计算机软件Origin中处理，可得到、、这三个参数的变化曲线图；

最后，通过计算机软件Origin对、、这三个参数的数据组进行处理，生成复合材料导热系数曲线图。