在超音速飞机机翼的前沿，燃气涡轮发动机的进气或者排气区域，轻质量的热交换器，电子包装材料，液压泵附件，电磁干扰附件等都会遭受局部的热应力，这些热应力需要通过辐射和对流传递到相对寒冷的临近区域，这样可以在一定程度上减轻内部应力集中。由于传统的层合复合材料在厚度方向的热导率较低，这限制了它在航空航天上的应用。针对层合复合材料的上述弊端，目前有两种改善方法：一种传统的方法是在树脂中加入热导率高的填料来增加厚度方向上的热导率，但是这种增强热导率的方法的效果不显著；另一种代替方法是采用厚度方向有纤维的织物作为复合材料的增强体来提高复合材料厚度方向上的导热率，例如三维机织、三维编织复合材料等。有些树脂基复合材料在高温条件下长期使用，这就会导致树脂基复合材料发生热氧老化，热氧老化可能会影响树脂基复合材料的导热性能。
表2-5为在25℃用瞬态热线法测得的环氧树脂浇注体、层合复合材料和三维编织复合材料在140℃加速老化前后的导热系数（测量的是试样的垂直于热线方向的导热系数，称作径向导热系数）。从表2-5中可以看到在未老化时，浇注体、层合复合材料和三维编织复合材料的导热系数分别为0.1825W/（m·K），1.329W/（m·K）和0.9130W/（m·K）。层合复合材料和三维编织复合材料的导热系数分别是浇注体的7.3倍和5.0倍。这是因为T700碳纤维轴向热导率是100W/（m·K），径向导热系数为11W/（m·K），它的加入增强了材料的导热性能。三维编织复合材料和层合复合材料拥有相同的纤维体积含量，它们的导热系数应该相等。然而由图可以看到，层合复合材料的径向导热系数是三维编织复合材料的1.45倍。这是因为碳纤维的轴向热导率是径向热导率的9倍，使得碳纤维增强树脂基复合材料具有高度各项异性的导热行为。在层合试样中有50%碳纤维的轴向是沿着试样的径向排列的，而在三维编织试样中没有这个方向排列的碳纤维，所以三维编织试样的径向热导率小于层合试样。
表2-5 环氧树脂浇注体、层合复合材料和三维编织复合材料在140℃加速老化前后的导热系数(www.xing528.com)
图2-51为热氧老化后浇注体、层合复合材料和三维编织复合材料试样导热系数的保留率。从图2-51可以看到，三种材料的导热系数都随老化时间的延长而下降，但是下降的程度不同。在相同老化条件下，三种材料的导热系数保留率的大小关系为：环氧树脂浇注体＞三维编织复合材料＞层合复合材料。浇注体试样导热系数下降有两个原因：一是试样表面的碳元素相对含量降低（从XPS分析结果可知），导致试样导热性能下降；二是试样失重在试样内部形成一定的空隙，空隙会被空气填充，而空气在室温下的导热系数为0.02624（W/m·K），远低于环氧树脂和碳纤维的导热系数。层合复合材料和三维编织复合材料的导热系数保留率低于浇注体，是因为碳纤维增强树脂基复合材料在热氧条件下纤维/基体界面会退化，相对于浇注体来说会产生更多的微裂纹，导致其导热系数降低更加严重。而层合复合材料的导热系数低于三维编织复合材料是因为层合复合材料在相同的热氧老化条件下失去更多的重量，产生了更多的微裂纹。简言之，热氧老化会导致树脂基复合材料的导热系数发生不同程度的下降，而具体下降程度则与树脂基复合材料因热氧老化产生的裂纹数目相关，裂纹越多，导热系数下降越严重，即材料导热性能越差。
图2-51 环氧树脂浇注体、层合试样和三维编织试样在140℃老化条件下导热系数保留率随老化时间的变化关系
免责声明：以上内容源自网络，版权归原作者所有，如有侵犯您的原创版权请告知，我们将尽快删除相关内容。
