Introduktion
CFRP (kulfiberforstærket plast) og GFRP (glasfiberforstærket plast) er uundværlige i mange højteknologiske anvendelser på grund af deres unikke materialeegenskaber. Deres vigtigste egenskaber er høj styrke kombineret med lav vægt. Dette sammen med deres lave Termisk ledningsevneVarmeledningsevne (λ med enheden W/(m-K)) beskriver transporten af energi - i form af varme - gennem et masselegeme som følge af en temperaturgradient (se fig. 1). Ifølge termodynamikkens anden lov strømmer varmen altid i retning af den laveste temperatur.varmeledningsevne gør dem ideelle til højteknologiske anvendelser inden for rumfart, bilindustri og elektronik. Deres retningsbestemte (anisotropiske) termiske egenskaber spiller en særlig rolle i deres anvendelse, da den termiske ledningsevne langs fibrene er højere end på tværs af dem. Den lagdelte struktur gør det muligt at orientere fibrene, så de enten afleder varme på en målrettet måde eller isolerer områder effektivt. Denne fleksibilitet muliggør skræddersyede løsninger som f.eks. minimering af temperaturvariationer i satellitter eller regulering af varme i batterier.
Målebetingelser og resultater
Til bestemmelse af termiske egenskaber er laser-/lysblitzanalyse særligt velegnet. Først bestemmes den termiske diffusivitet - som er en funktion af retningen - ved hjælp af et instrument som LFA 717 HyperFlash®. Derefter kan data om densitet og Specifik varmekapacitet (cp)Varmekapacitet er en materialespecifik fysisk størrelse, der bestemmes af den mængde varme, der tilføres prøven, divideret med den resulterende temperaturstigning. Den specifikke varmekapacitet er relateret til en masseenhed af prøven.specifik varmekapacitet anvendes til at beregne den termiske ledningsevne, som også er en funktion af retningen. Målebetingelserne er beskrevet i tabel 1.
Tabel 1: Måleparametre
| Analyseinstrument | LFA 717 HyperFlash® |
|---|---|
| Størrelse på prøve | 10 mm x 10 mm x 2,5 mm - gennemgående plan Flere strimler på 10 mm x 2,5 mm - i planet |
| Prøveholdere | 10 mm firkantet - gennemgående plan 10 mm laminatprøveholder - i planet |
Temperatur punkter | 20 til 150 °C i trin på 10 K |
| Atmosfære | 100 ml/min, N2 |
Figur 1 viser den termiske diffusivitet for GFRP i retningen gennem planet (vinkelret på fiberen) og i retningen i planet (parallelt med fiberen). Den termiske diffusivitet falder en smule med stigende temperatur. Mellem 110°C og 130°C kan man se en small ændring i gradienten, hvilket indikerer polymermatrixens glasovergang. Den termiske diffusivitet i planet er ca. 35-40 % højere end i retningen gennem planet.
Et CFRP-materiale er vist på samme måde i figur 2. Igen er den termiske diffusivitet i planet højere end den termiske diffusivitet gennem planet.
For CFRP-materialet er forskellen mellem retningerne betydeligt større end for GFRP-materialet. Det er ikke 35 til 40 % som for GFRP-prøven, men 500 til 600 %. Denne markante forskel skyldes kulfibrene, som har en meget højere Termisk diffusivitetTermisk diffusivitet (a med enheden mm2/s) er en materialespecifik egenskab til karakterisering af ustabil varmeledning. Denne værdi beskriver, hvor hurtigt et materiale reagerer på en temperaturændring.termisk diffusivitet end glasfibrene. Det er særligt tydeligt i figur 3, som opsummerer alle målingerne.
Konklusion
LFA-metoden kan også bestemme varmediffusivitet og Termisk ledningsevneVarmeledningsevne (λ med enheden W/(m-K)) beskriver transporten af energi - i form af varme - gennem et masselegeme som følge af en temperaturgradient (se fig. 1). Ifølge termodynamikkens anden lov strømmer varmen altid i retning af den laveste temperatur.varmeledningsevne som en funktion af retning, hvilket giver vigtige data til design og konstruktion af højteknologiske applikationer.