Влияние контактного термосопротивления между включениями и матрицей на эффективную теплопроводность полимерных композитов с ориентированными стеклянными волокнами и дисперсными включениями политетрафторэтилена

Авторы

  • Лавров И.В. Национальный исследовательский университет «МИЭТ», Российская Федерация ORCID iD 0000-0002-1467-5100
  • Бардушкин В.В. Национальный исследовательский университет «МИЭТ», Российская Федерация ORCID iD 0000-0002-8805-5764
  • Сычев А.П. Федеральный исследовательский центр Южный научный центр РАН, Российская Федерация ORCID iD 0000-0001-6344-108X
  • Кочетыгов А.А. Национальный исследовательский университет «МИЭТ», Российская Федерация ORCID iD 0009-0008-3028-2148

УДК

536.2

EDN

SOUYMW

DOI:

10.31429/vestnik-23-3-44-54

Аннотация

Разработан метод вычисления тензора эффективной теплопроводности многокомпонентного матричного композита с включениями различной формы и ориентации с учетом контактного термосопротивления на границе между включениями и матрицей. Для учета контактного термосопротивления используется модель матричного композита с включениями с оболочкой, толщина и теплопроводность которой согласованы с величиной контактного термосопротивления. Вычисления производятся на основе обобщенного приближения эффективного поля. Метод применен для композита с полимерной матрицей ЭД-20 и включениями трех видов. Первые два вида включений — параллельные фиксированной плоскости и взаимно перпендикулярные цилиндрические волокна Е-стекла, третий вид — антифрикционные сферические включения политетрафторэтилена. Выведены расчетные соотношения, с помощью которых проведены модельные расчеты. Получены зависимости главных компонент тензора эффективной теплопроводности от величины контактного термосопротивления, а также от объемной доли стеклянных волокон. Определены значения контактного термосопротивления, при которых эффективная теплопроводность композита не зависит от объемных долей стеклянных волокон или включений политетрафторэтилена. При этом если контактное термосопротивление ниже данных значений, то увеличение объемной доли политетрафторэтилена или стеклянных волокон приводит к увеличению эффективной теплопроводности композита, а если выше, то к уменьшению перпендикулярной к волокнам компоненты тензора теплопроводности.

Ключевые слова:

эффективная теплопроводность, контактное термосопротивление, композит, матрица, включение с оболочкой, обобщенное приближение эффективного поля

Информация о финансировании

Работа выполнена в рамках реализации ГЗ ЮНЦ РАН на 2026 г., № госрегистрации 125011200153-3.

Информация об авторах

  • Игорь Викторович Лавров

    канд. физ.-мат. наук, доцент Института физики и прикладной математики Национального исследовательского университета «МИЭТ»

  • Владимир Валентинович Бардушкин

    д-р физ.-мат. наук, профессор Института физики и прикладной математики Национального исследовательского университета «МИЭТ»

  • Александр Павлович Сычев

    канд. физ.-мат. наук, ведущий научный сотрудник Южного научного центра РАН

  • Андрей Александрович Кочетыгов

    ассистент Института физики и прикладной математики Национального исследовательского университета «МИЭТ»

Библиографические ссылки

  1. Every, A.G., Tzou, Y., Hasselman, D.P.H., Raj, R., The effect of particle size on the thermal conductivity of ZnS/diamond composites. Acta Metall. Mater., 1992, vol. 40, no. 1, pp. 123–129. DOI: 10.1016/0956-7151(92)90205-S
  2. Devpura, A., Phelan, P.E., Prasher, R.S., Size effects on the thermal conductivity of polymers laden with highly conductive filler particles. Microscale Thermophysical Engineering, 2001, vol. 5, iss. 3, pp. 177–189. DOI: 10.1080/108939501753222869
  3. Kidalov, S.V., Shakhov, F.M., Thermal conductivity of diamond composites. Materials, 2009, vol. 2, pp. 2467–2495. DOI: 10.3390/ma2042467
  4. Pietrak, K., Wiśniewski, T.S., Methods for experimental determination of solid-solid interfacial thermal resistance with application to composite materials. J. of Power Technologies, 2014, vol. 94, no. 4, pp. 270–285.
  5. Pietrak, K., Kubiś, M., Langowski, M., Kropielnicki, M., Wultański, P., Effect of particle shape and imperfect filler-matrix interface on effective thermal conductivity of epoxy-aluminum composite. Composites Theory and Practice, 2017, no. 4, pp. 183–188. DOI: 10.5281/zenodo.1188082
  6. Капица, П.Л., Исследование механизма теплопередачи в гелии-II. ЖЭТФ, 1941, т. 11, с. 1. [Kapitza, P.L., The study of heat transfer in Helium-II. J. Phys. USSR, 1941, vol. 4, p. 181. (in Russian)]
  7. Колесников, В.И., Теплофизические процессы в металлополимерных трибосистемах. Наука, Москва, 2003. [Kolesnikov, V.I., Teplofizicheskiye protsessy v metallopolimernykh tribosistemakh = Thermophysical Processes in Metal-Polymer Tribosystems. Nauka, Moscow, 2003. (in Russian)]
  8. Wait, J.R., Geo-Electromagnetism. Academic Press, New-York, London, 1982.
  9. Hasselman, D.P.H., Johnson, L.F., Effective thermal conductivity of composites with interfacial thermal barrier resistance. J. Compos. Mater., 1987, vol. 21, iss. 6, pp. 508–515. DOI: 10.1177/002199838702100602
  10. Benveniste, Y., Miloh, T., The effective conductivity of composites with imperfect thermal contact at constituent interfaces. Int. J. Eng. Sci., 1986, vol. 24, no. 9, pp. 1537–1552. DOI: 10.1016/0020-7225(86)90162-X
  11. Benveniste, Y., Effective thermal conductivity of composites with a thermal contact resistance between the constituents: nondilute case. J. Appl. Phys., 1987, vol. 61, no. 8, pp. 2840–2843.
  12. Maxwell Garnett, J.C., Colours in metal glasses and in metallic films. Phil. Trans. R. Soc., 1904, vol. 203, pp. 385–420.
  13. Колесников, В.И., Бардушкин, В.В., Лавров, И.В., Сычев, А.П., Яковлев, В.Б., Обобщенное приближение эффективного поля для неоднородной среды с включениями в оболочке. Доклады Академии наук, 2017, т. 476, № 3, с. 280–284. [Kolesnikov, V.I., Bardushkin, V.V., Lavrov, I.V., Sychev, A.P., Yakovlev, V.B., A generalized effective-field approximation for an inhomogeneous medium with coated inclusions. Doklady Physics, 2017, vol. 62, no. 9, pp. 415–419. DOI: 10.1134/S1028335817090087] EDN: ZEIMPF DOI: 10.7868/S0869565217270081
  14. Лавров, И.В., Кочетыгов, А.А., Бардушкин, В.В., Сычев, А.П., Яковлев, В.Б., Прогнозирование эффективной теплопроводности многокомпонентных трибокомпозитов с учетом контактного термосопротивления между включениями и матрицей. Вестник машиностроения, 2020, № 5, с. 36–40. [Lavrov, I.V., Kochetygov, A.A., Bardushkin, V.V., Sychev, A.P., Yakovlev, V.B., Effective thermal conductivity of composites with contact thermal resistance between the inclusions and the matrix. Russian Engineering Research, 2020, vol. 40, no. 8, pp. 622–627. DOI: 10.3103/S1068798X20080134] EDN: PXMLJM DOI: 10.36652/0042-4633-2020-5-36-40
  15. Лавров, И.В., Кочетыгов, А.А., Бардушкин, В.В., Яковлев, В.Б., Моделирование эффективной теплопроводности волокнистых композитов с учетом контактного термосопротивления между включениями и матрицей. Тепловые процессы в технике, 2021, т. 13, № 3, с. 135–144. [Lavrov, I.V., Kochetygov, A.A., Bardushkin, V.V., Yakovlev, V.B., Simulation of the effective thermal conductivity of fibrous composites taking into account contact thermal resistance between inclusions and matrix. Teplovyye protsessy v tekhnike = Thermal Processes in Engineering, 2021, vol. 13, no. 3, pp. 135–144. (in Russian)] EDN: ZJVVXR DOI: 10.34759/tpt-2021-13-3-135-144
  16. Карташов, Э.М., Кудинов, В.А., Аналитические методы теории теплопроводности и ее приложений. ЛЕНАНД, Москва, 2018. [Kartashov, E.M., Kudinov, V.A., Analiticheskiye metody teorii teploprovodnosti i yeye prilozheniy = Analytical Methods of the Theory of Heat Conduction and its Applications. LENAND, Moscow, 2018. (in Russian)]
  17. Григорьева, И.С., Мейлихова, Е.З. (под ред.), Физические величины: Справочник. Энергоатомиздат, Москва, 1991. [Grigor'ev, I.S., Meilikhov, E.Z. (eds.), Fizicheskie velichiny = Physical Quantities. Energoatomizdat, Moscow, 1991. (in Russian)]
  18. Сычев, А.П., Лавров, И.В., Бардушкин, В.В., Физические и механические свойства неоднородных сред с вложенной микроструктурой (теория и моделирование). ЮНЦ РАН, Ростов-на-Дону, 2022. [Sychev, A.P., Lavrov, I.V., Bardushkin, V.V., Fizicheskiye i mekhanicheskiye svoystva neodnorodnykh sred s vlozhennoy mikrostrukturoy (teoriya i modelirovaniye) = Physical and Mechanical Properties of Inhomogeneous Media with Embedded Microstructure (Theory and Modeling). SSC RAS, Rostov-on-Don, 2022. (in Russian)] EDN: UEVQJA
  19. Ли, Г., Невилл, К., Справочное руководство по эпоксидным смолам. Энергия, Москва, 1973. [Lee, H., Neville, K., Handbook of Epoxy Resins. McGraw-Hill, New-York, 1967, XXXVIII.]

Скачивания

Данные по скачиваниям пока не доступны.

Загрузки

Выпуск

Страницы

44-54

Раздел

Физика

Даты

Поступила в редакцию

11 июня 2026

Принята к публикации

7 августа 2026

Публикация

25 сентября 2026

Как цитировать

[1]
Лавров, И.В., Бардушкин, В.В., Сычев, А.П., Кочетыгов, А.А., Влияние контактного термосопротивления между включениями и матрицей на эффективную теплопроводность полимерных композитов с ориентированными стеклянными волокнами и дисперсными включениями политетрафторэтилена. Экологический вестник научных центров Черноморского экономического сотрудничества, 2026, т. 23, № 3, pp. 44–54. DOI: 10.31429/vestnik-23-3-44-54

Похожие статьи

1-10 из 1104

Вы также можете начать расширенный поиск похожих статей для этой статьи.

Наиболее читаемые статьи этого автора (авторов)

1 2 3 > >>