导热材料在化工、微电子、航空航天、国防军工等领域有着广泛的应用。随着科学的发展和应用的扩大,人们对导热材料提出了新的要求,希望其具有优良的综合性能。填充型聚合物复合材料不仅具有良好的导热性能,而且具备耐腐蚀、质轻、力学性能优良等优点,正逐渐替代传统导热材料发挥着重要的作用。填充型复合材料的导热性能取决于聚合物基体和导热填料的协同效应,并不是一个简单的共混过程。目前,在对复合材料导热的模拟预测中,存在很多的不足,不够深入与完善,尤其在高填充下,模拟预测值与实验结果的误差较大。因此,建立合理的计算模型,对影响导热性能的因素及其影响规律进行研究分析,对导热复合材料的设计具有重要的意义。本文考虑到低填充和高填充下微观结构的差异,分别建立了对应的代表性体积单元,对填充型聚合物复合材料的导热性能进行了数值模拟研究,为复合材料的设计提供了参考依据。主要研究内容和成果如下:制备了多组氧化铝增强环氧树脂基复合材料,对导热填料在基体中的分布特性进行了SEM观察:低填充量下,颗粒在基体中分散良好,近似于随机分布;高填充量下,颗粒在基体中的分布具有显著的微观不均匀性。对样品的热导率进行测试,分析了填充体积分数对复合材料热导率的影响。根据SEM图分别建立了能表征复合材料微观特性的代表性体积单元(RVE):运用随机序列吸附法生成模型参数,从而建立低填充下颗粒随机分布的三维RVE模型;通过控制粒子稀疏区域来表征体系内的非均匀分布,从而建立高填充下的三维RVE模型。对模型进行有限元求解,得到复合材料热导率的预测值,与实验结果吻合良好,从而证明了本文建立的RVE模型能较为准确地描述复合材料的微观结构。最后,模拟分析了多种因素对复合材料导热性能的影响及其影响规律,研究结果表明:(1)复合材料的热导率随填充体积分数的增加而增加,且增加的幅度越来越大;(2)低填充下,填料颗粒的粒径对复合材料导热性能的影响并不显著;(3)选取片状或纤维状的填料更有利于复合材料导热性能的提升;(4)填料与基体的热导率之比存在一个临界值,超过临界值以后,提高填料的热导率不再能有效地提升复合材料的导热性能;(5)填充量较高的情况下,由于体系内导热网链的存在,填料的空间分布对复合材料的导热性能有着较大的影响;(6)填料之间的接触和相互作用能显著地提升复合材料的导热性能。