Johdanto
Kuituvahvisteiset muovit ovat kevyitä, mutta niiden jäykkyys on suuri. Näiden ominaisuuksien ansiosta ne ovat käyttökelpoisia rakennusmateriaaleina autoteollisuudessa. Tuotannon prosessiaikojen optimoimiseksi näiden materiaalien LämmönjohtavuusLämmönjohtavuus (λ, yksikkö W/(m-K)) kuvaa lämmön muodossa olevan energian kulkeutumista massakappaleen läpi lämpötilagradientin vaikutuksesta (ks. kuva 1). Termodynamiikan toisen lain mukaan lämpö virtaa aina alemman lämpötilan suuntaan.lämmönjohtavuus on tärkeä seurattava ominaisuus. Se ei riipu ainoastaan lämpötilasta vaan myös lujitemateriaalin suuntauksesta.
LFA 467 HyperFlash®-laitteella anistrooppisten materiaalien LämmönjohtavuusLämmönjohtavuus (λ, yksikkö W/(m-K)) kuvaa lämmön muodossa olevan energian kulkeutumista massakappaleen läpi lämpötilagradientin vaikutuksesta (ks. kuva 1). Termodynamiikan toisen lain mukaan lämpö virtaa aina alemman lämpötilan suuntaan.lämmönjohtavuus voidaan määrittää helposti ja nopeasti lämpötilan funktiona eri tilasuunnissa.
Näytteet ja kokeellinen
Tutkittiin hiilikuituvahvistettua epoksihartsia, joka oli yksisuuntaisesti* ja kaksisuuntaisesti** vahvistettu. Lämmönjohtavuutta analysoitiin sekä kuitusuunnan suuntaisesti että kohtisuoraan. Mittaukset suoritettiin vakionäytepidikkeessä (12,7 mm:n neliö) 120 °C:n ja 200 °C:n välillä 20 K:n askelin. Ominaislämpö määritettiin DSC 204 -laitteella F1 Phoenix® .
* yksisuuntainen: kaikki lujitemateriaalin kuidut ovat samansuuntaisia keskenään
**kaksisuuntainen: lujitemateriaalin kuidut ovat ristissä 0° ja 90° kulmassa
Tulokset ja keskustelu
Kuvassa 1 on esitetty yksisuuntaisesti (musta) ja kaksisuuntaisesti (punainen) vahvistettujen muovinäytteiden LämmönjohtavuusLämmönjohtavuus (λ, yksikkö W/(m-K)) kuvaa lämmön muodossa olevan energian kulkeutumista massakappaleen läpi lämpötilagradientin vaikutuksesta (ks. kuva 1). Termodynamiikan toisen lain mukaan lämpö virtaa aina alemman lämpötilan suuntaan.lämmönjohtavuus. Yksisuuntaisesti vahvistetun näytteen LämmönjohtavuusLämmönjohtavuus (λ, yksikkö W/(m-K)) kuvaa lämmön muodossa olevan energian kulkeutumista massakappaleen läpi lämpötilagradientin vaikutuksesta (ks. kuva 1). Termodynamiikan toisen lain mukaan lämpö virtaa aina alemman lämpötilan suuntaan.lämmönjohtavuus oli suurin kuitusuunnassa mitattuna (mustat pisteet). Kaksisuuntaisesti vahvistetun näytteen LämmönjohtavuusLämmönjohtavuus (λ, yksikkö W/(m-K)) kuvaa lämmön muodossa olevan energian kulkeutumista massakappaleen läpi lämpötilagradientin vaikutuksesta (ks. kuva 1). Termodynamiikan toisen lain mukaan lämpö virtaa aina alemman lämpötilan suuntaan.lämmönjohtavuus, joka mitattiin myös kuitusuunnassa, oli hieman pienempi. Koska hiilikuitujen LämmönjohtavuusLämmönjohtavuus (λ, yksikkö W/(m-K)) kuvaa lämmön muodossa olevan energian kulkeutumista massakappaleen läpi lämpötilagradientin vaikutuksesta (ks. kuva 1). Termodynamiikan toisen lain mukaan lämpö virtaa aina alemman lämpötilan suuntaan.lämmönjohtavuus kuitusuunnassa (pisteet) oli korkea, kuitusuunnan suuntaiset lämmönjohtavuudet olivat molemmissa näytteissä 7-12 kertaa korkeammat kuin kuitusuuntaan nähden kohtisuorassa olevat lämmönjohtavuudet (timantit). Mittaukset kohtisuorassa suunnassa antoivat lähes samat lämmönjohtavuusarvot molemmille näytteille, koska kuitujen yleinen suuntaus kohtisuorassa mittaussuuntaan nähden ei vaikuta juuri lainkaan.
Päätelmä
LFA 467 Hyperflash-laitteella on kehitetty erilaisia näytteenpitimiä erityisiin mittaustehtäviin, esim. nesteiden, jauheiden, ohuiden metallikalvojen jne. mittauksiin. Näihin kuuluu erityinen lamiante-näytteenpidin, jota käytetään tässä kuvatuissa tutkimuksissa. Tätä erityisesti suunniteltua näytteenpidintä käyttäen pystyttiin nopeasti ja helposti määrittämään hiilikuitupinnoitettujen materiaalien lämpödiffuusiokyvyn anistrooppisuus, joka johtuu upotettujen kuitujen suuntautumisesta.