مقدمة
لا يمكن الاستغناء عن البلاستيك المقوى بألياف الكربون والبلاستيك المقوى بالألياف الزجاجية في العديد من التطبيقات عالية التقنية نظرًا لخصائص المواد الفريدة التي تتميز بها. وتتمثل خصائصها الرئيسية في قوتها العالية مع انخفاض وزنها. وهذا، إلى جانب الموصلية الحرارية المنخفضة، يجعلها مثالية للتطبيقات عالية التقنية في مجال الطيران والسيارات والإلكترونيات. وتلعب خصائصها الحرارية الاتجاهية (متباينة الخواص) دورًا خاصًا في تطبيقاتها، حيث أن الموصلية الحرارية على طول الألياف أعلى من تلك الموجودة عبرها. ويسمح الهيكل الطبقي للألياف بتوجيهها إما لتبديد الحرارة بطريقة مستهدفة أو لعزل المناطق بشكل فعال. وتتيح هذه المرونة حلولاً مصممة خصيصًا مثل تقليل التغيرات في درجات الحرارة في الأقمار الصناعية أو تنظيم الحرارة في البطاريات.
شروط القياس والنتائج
ولتحديد الخواص الحرارية، يعتبر تحليل الليزر/الوميض الضوئي مناسبًا بشكل خاص. في البداية، يتم تحديد الانتشار الحراري - وهو دالة للاتجاه - باستخدام أداة مثل LFA 717 HyperFlash®. بعد ذلك، يمكن تطبيق البيانات المتعلقة بالكثافة والسعة الحرارية النوعية من أجل حساب التوصيل الحراري، وهو أيضًا دالة للاتجاه. شروط القياس مفصلة في الجدول 1.
الجدول 1: معلمات القياس
| أداة التحليل | LFA 717 HyperFlash® |
|---|---|
| حجم العينة | 10 مم × 10 مم × 10 مم × 2.5 مم - عبر المستوى عدة شرائح بحجم 10 مم × 2.5 مم × 2.5 مم - في المستوى |
| حاملات العينات | 10 مم مربع - عبر المستوى حامل عينة مصفح 10 مم - داخل الطائرة |
درجة الحرارة النقاط | 20 إلى 150 درجة مئوية في خطوات من 10 كلفن |
| الغلاف الجوي | 100 مل/دقيقة، N2 |
يوضح الشكل 1 الانتشار الحراري لبلاستيك الغشاء المقوى بالحرارة GFRP في الاتجاه العابر للمستوى (عمودي على الألياف) وفي الاتجاه داخل المستوى (موازٍ للألياف). يتناقص الانتشار الحراري قليلاً مع زيادة درجة الحرارة. بين 110 درجة مئوية و130 درجة مئوية، يمكن رؤية تغير small في التدرج، مما يشير إلى التحول الزجاجي لمصفوفة البوليمر. تكون الانتشارية الحرارية داخل المستوى أعلى بحوالي 35 إلى 40% عن الاتجاه العابر للمستوى.
وبالمثل تظهر مادة CFRP في الشكل 2. مرة أخرى، تكون الانتشار الحراري داخل المستوى أعلى من الانتشار الحراري عبر المستوى.
بالنسبة لمادة CFRP، يكون الفرق بين الاتجاهات أكبر بكثير من مادة GFRP. فهو ليس 35 إلى 40% كما هو الحال بالنسبة لعينة ألياف الكربون المقوى بألياف الكربون المغلفة بالكربون (GFRP)، بل من 500 إلى 600%. ويرجع هذا الاختلاف اللافت للنظر إلى ألياف الكربون، التي تمتلك انتشارًا حراريًا أعلى بكثير من الألياف الزجاجية. ويتضح ذلك بشكل خاص في الشكل 3، الذي يلخص جميع القياسات.
الخاتمة
يمكن لطريقة LFA أيضًا تحديد الانتشار الحراري والتوصيل الحراري كدالة للاتجاه، مما يوفر بيانات مهمة لتصميم وبناء التطبيقات عالية التقنية.