CFRP et GFRP : Gestion thermique personnalisée pour les applications de haute technologie

Introduction

Le CFRP (plastique renforcé de fibres de carbone) et le GFRP (plastique renforcé de fibres de verre) sont indispensables dans de nombreuses applications de haute technologie en raison de leurs propriétés matérielles uniques. Leurs principales caractéristiques sont une résistance élevée combinée à un faible poids. Ces caractéristiques, associées à leur faible Conductivité thermiqueLa conductivité thermique (λ avec l'unité W/(m-K)) décrit le transport d'énergie - sous forme de chaleur - à travers un corps de masse sous l'effet d'un gradient de température (voir fig. 1). Selon la deuxième loi de la thermodynamique, la chaleur s'écoule toujours dans la direction de la température la plus basse.conductivité thermique, en font des matériaux idéaux pour les applications de haute technologie dans l'aérospatiale, l'automobile et l'électronique. Leurs propriétés thermiques directionnelles (anisotropes) jouent un rôle particulier dans leur application, car la Conductivité thermiqueLa conductivité thermique (λ avec l'unité W/(m-K)) décrit le transport d'énergie - sous forme de chaleur - à travers un corps de masse sous l'effet d'un gradient de température (voir fig. 1). Selon la deuxième loi de la thermodynamique, la chaleur s'écoule toujours dans la direction de la température la plus basse.conductivité thermique le long des fibres est plus élevée que de part et d'autre de celles-ci. La structure en couches permet d'orienter les fibres de manière à dissiper la chaleur de manière ciblée ou à isoler efficacement certaines zones. Cette flexibilité permet des solutions sur mesure telles que la minimisation des variations de température dans les satellites ou la régulation de la chaleur dans les batteries.

Conditions de mesure et résultats

L'analyse laser/éclair est particulièrement bien adaptée à la détermination des propriétés thermiques. Dans un premier temps, la Diffusivité thermiqueLa diffusivité thermique (a avec l'unité mm2/s) est une propriété propre au matériau qui permet de caractériser la conduction thermique instable. Cette valeur décrit la rapidité avec laquelle un matériau réagit à un changement de température.diffusivité thermique - qui est fonction de la direction - est déterminée à l'aide d'un instrument tel que le LFA 717 HyperFlash^®. Ensuite, les données relatives à la densité et à la Capacité thermique spécifique (cp)La capacité thermique est une grandeur physique spécifique au matériau, déterminée par la quantité de chaleur fournie à l'échantillon, divisée par l'augmentation de température qui en résulte. La capacité thermique spécifique est liée à une unité de masse de l'échantillon.capacité thermique spécifique peuvent être utilisées pour calculer la Conductivité thermiqueLa conductivité thermique (λ avec l'unité W/(m-K)) décrit le transport d'énergie - sous forme de chaleur - à travers un corps de masse sous l'effet d'un gradient de température (voir fig. 1). Selon la deuxième loi de la thermodynamique, la chaleur s'écoule toujours dans la direction de la température la plus basse.conductivité thermique, qui est également fonction de la direction. Les conditions de mesure sont détaillées dans le tableau 1.

Tableau 1 : Paramètres de mesure

La figure 1 montre la Diffusivité thermiqueLa diffusivité thermique (a avec l'unité mm2/s) est une propriété propre au matériau qui permet de caractériser la conduction thermique instable. Cette valeur décrit la rapidité avec laquelle un matériau réagit à un changement de température.diffusivité thermique du GFRP dans le sens travers (perpendiculaire à la fibre) et dans le sens intérieur (parallèle à la fibre). La Diffusivité thermiqueLa diffusivité thermique (a avec l'unité mm2/s) est une propriété propre au matériau qui permet de caractériser la conduction thermique instable. Cette valeur décrit la rapidité avec laquelle un matériau réagit à un changement de température.diffusivité thermique diminue légèrement avec l'augmentation de la température. Entre 110°C et 130°C, un changement de gradient small peut être observé, indiquant la transition vitreuse de la matrice polymère. La Diffusivité thermiqueLa diffusivité thermique (a avec l'unité mm2/s) est une propriété propre au matériau qui permet de caractériser la conduction thermique instable. Cette valeur décrit la rapidité avec laquelle un matériau réagit à un changement de température.diffusivité thermique dans le plan est environ 35 à 40% plus élevée que dans le sens travers.

Un matériau CFRP est représenté de la même manière dans la figure 2. Là encore, la Diffusivité thermiqueLa diffusivité thermique (a avec l'unité mm2/s) est une propriété propre au matériau qui permet de caractériser la conduction thermique instable. Cette valeur décrit la rapidité avec laquelle un matériau réagit à un changement de température.diffusivité thermique dans le plan est plus élevée que la Diffusivité thermiqueLa diffusivité thermique (a avec l'unité mm2/s) est une propriété propre au matériau qui permet de caractériser la conduction thermique instable. Cette valeur décrit la rapidité avec laquelle un matériau réagit à un changement de température.diffusivité thermique à travers le plan.

Pour le matériau CFRP, la différence entre les directions est considérablement plus importante que pour le matériau GFRP. Elle n'est pas de 35 à 40 % comme pour l'échantillon GFRP, mais de 500 à 600 %. Cette différence frappante est due aux fibres de carbone, qui possèdent une Diffusivité thermiqueLa diffusivité thermique (a avec l'unité mm2/s) est une propriété propre au matériau qui permet de caractériser la conduction thermique instable. Cette valeur décrit la rapidité avec laquelle un matériau réagit à un changement de température.diffusivité thermique beaucoup plus élevée que les fibres de verre. La figure 3, qui résume l'ensemble des mesures, le montre clairement.

Conclusion

La méthode LFA permet également de déterminer la diffusivité et la conductivité thermiques en fonction de la direction, ce qui fournit des données importantes pour la conception et la construction d'applications de haute technologie.