いくつかの研究では、フィラーのサイズが複合材料の熱伝導率に大きな影響を与えることが指摘されています。同じ種類の異なるサイズの熱伝導性フィラーの場合、一定のフィラー充填量の下では、フィラーのサイズが大きくなるほど、粒子の数は減り、フィラーの比表面積は小さくなります。これにより、2つの-相界面の形成が抑制され、界面での過剰なフォノン散乱が抑制されます。したがって、大きなサイズのフィラーは複合材の熱伝導率を効果的に向上させることができます。
たとえば、研究者らは、4 つの異なる粒径 (3、10、35、75 μm) の球状 Al2O3 フィラーがシリコーンゴムの熱伝導率に及ぼす影響を調査しました。結果は、Al2O3 フィラーの粒径が大きくなるにつれて、複合材料の熱伝導率が向上することを示しました。
しかし、一部の学者は反対の結論に達しました。研究者らは、異なる粒径の Al2O3 フィラーをシリコーン ゴムに導入し、同じフィラー充填量の下で、5 μm フィラーを使用した複合材料の熱伝導率が 25 μm フィラーを使用した複合材料よりも高いことを発見しました。一定のフィラー充填量の下では、フィラーの粒子サイズが小さいほど、複合材料の熱伝導率は良くなります。別の研究では、ミクロン-サイズのAl2O3フィラーと比較して、ナノ-サイズのAl2O3フィラーがポリマー複合材料の熱伝導率の向上において明らかな利点を示したことが示されています。
Jiangxi Copper Technology Research Institute Co., Ltd. の研究者らは、高品質の熱伝導性と電気絶縁性を備えたポリマー複合材料の開発を目指しており、エチレン-プロピレン-ジエン モノマー (EPDM) を絶縁性ポリマーのマトリックス材料として使用しました。-彼らは、粒径 2、10、20、40、および 70 μm の Al2O3 を熱伝導性フィラーとして選択し、オープンミルを使用して粉砕することによって Al2O3/EPDM 熱伝導性絶縁複合材料を調製しました。彼らは、複合材料の加硫特性、機械的特性、熱伝導率、および絶縁特性を特徴付けることにより、Al2O3/EPDM 複合材料の特性に対する粒子サイズの影響を調査しました。
結果は、Al2O3 粒子サイズが増加するにつれて、複合材料の架橋度が徐々に減少し、熱伝導率が最初に増加し、その後減少し、体積抵抗率が全体的に低下傾向を示すことを示しました。 Al2O3 の粒径が 10 μm の場合、Al2O3/EPDM 熱伝導性絶縁複合材が最高の全体性能を示しました。 Al2O3 の粒子サイズは、Al2O3/EPDM 熱伝導性絶縁複合材料の特性に大きな影響を与えると結論付けられました。
しかし、先進電力伝送技術の州重点研究所による別の研究では、異なる結論に達しました。 Al2O3 によって構築されたフィラーネットワークがポリプロピレン (PP) 複合材料の熱伝導率と誘電特性に及ぼす影響を調査するために、彼らはランダムに充填された Al2O3 粒子を含む有限要素モデルを開発しました。彼らは、Al2O3/PP 複合材料の熱伝導率と誘電率に対する二成分フィラーのフィラー体積分率、フィラー粒子サイズ、およびサイズマッチングの影響を体系的に研究しました。
彼らの発見の中で、彼らは、異なるフィラー体積分率 f の下での有限要素モデルの熱伝導率に対する Al2O3 フィラー直径 d (5 ～ 40 μm) の影響を計算しました。結果は、モデルの熱伝導率がフィラーのサイズに本質的に依存しないことを示しました。フィラー体積分率 f が増加した場合にのみ、複合材料の熱伝導率が大幅に向上しました。