在LCM中对石墨烯增强树脂的输液模拟,用于热和化学-rheological 分析
Hatim Alotaibi1,2, Chamil Abeykoon3,4, Constantinos Soutis3,4
1Department of Mechanical, Aerospace and Civil Engineering, The University of Manchester, Manchester M13 9PL, UK.
Materials (Basel, Switzerland)
|February 24, 2024
概括
这项研究开发了一种数值模型,以确定在液态复合成型 (LCM) 过程中注入石墨烯纳米板块 (GNP) 的树脂的热流特性. 结果显示,GNP增强了树脂的特定热量和导热性,加速了固化.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 化学工程是化学工程的重要组成部分.
- 计算流体动力学的流体动力学.
背景情况:
- 准确预测热流参数 (特定热量,热导率) 对于优化液体复合成型 (LCM) 中的树脂系统至关重要.
- 石墨烯纳米板块 (GNPs) 越来越多地被用作纳米填充剂来增强聚合物特性,但它们在加工过程中对树脂热行为的影响需要详细调查.
研究的目的:
- 开发和验证一个数值框架来确定树脂-石墨烯纳米板块 (GNP) 复合材料的特异热和热导率.
- 评估GNP对LCM填充和后填充阶段外热反应的影响.
- 在纳米填充系统中同时建模树脂输注,化疗-神经变化和热传递.
主要方法:
- 使用ANSYS Fluent在一个代表体积元素 (RVE) 上解决保存方程 (Stokes-Brinkman,能量,化学物种).
- 使用流体体积 (VOF) 方法追踪自由表面传播 (树脂-空气接口).
- 开发了用户定义的函数 (UDF) 和用户定义的缩放器 (UDS),以结合聚合生成的热量和模型的拖内流量.
主要成果:
- 数字发现表明,纳入GNP加快了树脂固化,因为它们的热导率很高.
- 该模型成功地预测了修改后和未修改后的树脂系统的特定热量和热导率,使用计算的反应热量数据.
- 在经过测试的模具温度 (110-170°C) 中观察到比热和导热率增加了~15%.
- 添加0.2%重量%的GNP,与未经修改的树脂相比,树脂的特定热量提高了3.68%,热导率提高了58%.
结论:
- 开发的数值框架准确地预测了在LCM过程中GNP修饰树脂的热特性.
- 石墨烯纳米板块显著提高了热树脂的导热性和特异性热量,从而加速固化.
- 这项研究证明了数值建模的潜力,以指导设计具有定制热性能的先进复合材料.
关键词:
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