Introducción
Los plásticos reforzados con fibra son ligeros pero muy rígidos. Estas propiedades los hacen útiles como materiales de construcción en la industria del automóvil. Para optimizar los tiempos de proceso durante la producción, es importante controlar la conductividad térmica de estos materiales. No sólo depende de la temperatura, sino también de la orientación del material de refuerzo.
Utilizando el LFA 467 HyperFlash®, la conductividad térmica de los materiales anistrópicos puede determinarse fácil y rápidamente en función de la temperatura en diferentes direcciones espaciales.
Muestras y experimentos
Se investigó una resina epoxi reforzada con fibra de carbono unidireccional* y bidireccional**. Se analizó la conductividad térmica tanto paralela como perpendicular a la dirección de la fibra. Las mediciones se realizaron en un portamuestras estándar (12,7 mm cuadrados) entre 120°C y 200°C en pasos de 20 K. El calor específico se determinó mediante el DSC 204 F1 Phoenix® .
* unidireccional: todas las fibras del material de refuerzo son paralelas entre sí
**bidireccional: las fibras del material de refuerzo se cruzan en ángulos de 0° y 90
Resultados y debate
En la figura 1 se muestra la conductividad térmica de las muestras de plástico reforzadas unidireccionalmente (negro) y bidireccionalmente (rojo). La muestra reforzada unidireccionalmente, medida en la dirección de la fibra (puntos negros), mostró la conductividad térmica más alta. La conductividad térmica de la muestra reforzada bidireccionalmente, también medida en la dirección de la fibra, era un poco menor. Debido a la alta conductividad térmica de las fibras de carbono en la dirección de la fibra (puntos), las conductividades térmicas paralelas a la dirección de la fibra fueron de 7 a 12 veces mayores que las conductividades térmicas perpendiculares a la dirección de la fibra (diamantes) para ambas muestras. Las mediciones en la dirección perpendicular arrojaron casi los mismos valores de conductividad térmica para ambas muestras, ya que la orientación general de las fibras perpendiculares a la dirección de medición casi no influye.
Conclusión
El LFA 467 Hyperflash ha desarrollado diversos portamuestras para tareas de medición especiales, por ejemplo, mediciones en líquidos, polvos, láminas metálicas delgadas, etc. Entre ellos se encuentra un portamuestras lamiante especial empleado para las investigaciones aquí descritas. Utilizando este portamuestras especialmente diseñado, se pudo determinar rápida y fácilmente la anistropía en la difusividad térmica de los materiales reforzados con fibra de carbono debido a la orientación de las fibras incrustadas.