Въведение
CFRP (пластмаса, подсилена с въглеродни влакна) и GFRP (пластмаса, подсилена със стъклени влакна) са незаменими в многобройни високотехнологични приложения поради уникалните си свойства на материала. Основните им характеристики са висока якост в съчетание с ниско тегло. Това, заедно с ниската им топлопроводимост, ги прави идеални за високотехнологични приложения в космическата индустрия, автомобилостроенето и електрониката. Особена роля за приложението им играят насочените (анизотропни) топлинни свойства, тъй като топлопроводимостта по дължината на влакната е по-висока, отколкото напречно на тях. Слоистата структура позволява влакната да бъдат ориентирани така, че да разсейват топлината по целенасочен начин или да изолират ефективно области. Тази гъвкавост дава възможност за индивидуални решения, като например минимизиране на температурните колебания в спътници или регулиране на топлината в батерии.
Условия за измерване и резултати
За определянето на термичните свойства лазерният/ светкавичен анализ е особено подходящ. Първоначално се определя топлинната дифузия, която е функция на посоката, с помощта на уред като LFA 717 HyperFlash®. Впоследствие могат да се използват данните за плътността и специфичния топлинен капацитет, за да се изчисли топлопроводимостта, която също е функция на посоката. Условията за измерване са описани подробно в таблица 1.
Таблица 1: Параметри на измерването
| Инструмент за анализ | LFA 717 HyperFlash® |
|---|---|
| Размер на пробата | 10 mm x 10 mm x 2,5 mm - през равнината Няколко ленти с размери 10 mm x 2,5 mm - в равнината |
| Държачи за образци | квадрат с размер 10 mm - в равнината държач за проба от ламинат 10 mm - в равнината |
Температура точки | от 20 до 150 °C на стъпки от 10 K |
| Атмосфера | 100 ml/min, N2 |
На фигура 1 е показана топлинната дифузия на GFRP в посока през равнината (перпендикулярно на влакното) и в посока в равнината (успоредно на влакното). Топлинната дифузия леко намалява с увеличаване на температурата. Между 110°C и 130°C се наблюдава промяна в градиента на small, което показва стъкловидния преход на полимерната матрица. Топлинната дифузия в равнината е с около 35-40 % по-висока, отколкото в посока през равнината.
На фигура 2 е показан материал от CFRP. Отново топлинната дифузия в равнината е по-висока от топлинната дифузия през равнината.
За материала CFRP разликата между направленията е значително по-голяма, отколкото за материала GFRP. Тя не е 35-40 %, както при образеца от GFRP, а 500-600 %. Тази поразителна разлика се дължи на въглеродните влакна, които притежават много по-висока термична дифузия от стъклените влакна. Това се вижда особено ясно на фигура 3, която обобщава всички измервания.
Заключение
Методът LFA може също така да определи топлинната дифузия и топлопроводимостта като функция на посоката, което предоставя важни данни за проектирането и изграждането на високотехнологични приложения.