Introduzione
Il CFRP (plastica rinforzata con fibre di carbonio) e il GFRP (plastica rinforzata con fibre di vetro) sono indispensabili in numerose applicazioni high-tech grazie alle loro proprietà uniche. Le loro caratteristiche principali sono l'elevata resistenza e il peso ridotto. Questo, insieme alla loro bassa conducibilità termica, li rende ideali per le applicazioni high-tech nei settori aerospaziale, automobilistico ed elettronico. Le loro proprietà termiche direzionali (anisotrope) giocano un ruolo speciale nella loro applicazione, in quanto la Conduttività termicaLa conducibilità termica (λ con unità di misura W/(m-K)) descrive il trasporto di energia - sotto forma di calore - attraverso un corpo di massa come risultato di un gradiente di temperatura (vedi fig. 1). Secondo la seconda legge della termodinamica, il calore fluisce sempre nella direzione della temperatura più bassa.conduttività termica lungo le fibre è più alta di quella trasversale. La struttura a strati consente di orientare le fibre per dissipare il calore in modo mirato o per isolare efficacemente le aree. Questa flessibilità consente soluzioni su misura, come la minimizzazione delle variazioni di temperatura nei satelliti o la regolazione del calore nelle batterie.
Condizioni di misura e risultati
Per la determinazione delle proprietà termiche, l'analisi laser/flash è particolarmente adatta. Inizialmente, la Diffusività termicaLa diffusività termica (a con unità di misura mm2/s) è una proprietà specifica del materiale per caratterizzare la conduzione termica instabile. Questo valore descrive la velocità con cui un materiale reagisce a una variazione di temperatura.diffusività termica - che è una funzione della direzione - viene determinata utilizzando uno strumento come LFA 717 HyperFlash®. Successivamente, i dati sulla densità e sulla Capacità termica specifica (cp)La capacità termica è una grandezza fisica specifica del materiale, determinata dalla quantità di calore fornita al campione, divisa per l'aumento di temperatura risultante. La capacità termica specifica è correlata all'unità di massa del campione. capacità termica specifica possono essere applicati per calcolare la Conduttività termicaLa conducibilità termica (λ con unità di misura W/(m-K)) descrive il trasporto di energia - sotto forma di calore - attraverso un corpo di massa come risultato di un gradiente di temperatura (vedi fig. 1). Secondo la seconda legge della termodinamica, il calore fluisce sempre nella direzione della temperatura più bassa.conduttività termica, anch'essa una funzione della direzione. Le condizioni di misurazione sono riportate nella tabella 1.
Tabella 1: Parametri di misura
| Strumento di analisi | LFA 717 HyperFlash® |
|---|---|
| Dimensioni del campione | 10 mm x 10 mm x 2,5 mm - in piano Diverse strisce di 10 mm x 2,5 mm - in-plane |
| Supporti del campione | quadrato da 10 mm - passante portacampioni in laminato da 10 mm - in piano |
Temperatura punti | da 20 a 150°C in passi di 10 K |
| Atmosfera | 100 ml/min, N2 |
La Figura 1 mostra la Diffusività termicaLa diffusività termica (a con unità di misura mm2/s) è una proprietà specifica del materiale per caratterizzare la conduzione termica instabile. Questo valore descrive la velocità con cui un materiale reagisce a una variazione di temperatura.diffusività termica del GFRP nella direzione passante (perpendicolare alla fibra) e nella direzione in-plan (parallela alla fibra). La Diffusività termicaLa diffusività termica (a con unità di misura mm2/s) è una proprietà specifica del materiale per caratterizzare la conduzione termica instabile. Questo valore descrive la velocità con cui un materiale reagisce a una variazione di temperatura.diffusività termica diminuisce leggermente con l'aumentare della temperatura. Tra 110°C e 130°C, si nota un cambiamento del gradiente small, che indica la transizione vetrosa della matrice polimerica. La Diffusività termicaLa diffusività termica (a con unità di misura mm2/s) è una proprietà specifica del materiale per caratterizzare la conduzione termica instabile. Questo valore descrive la velocità con cui un materiale reagisce a una variazione di temperatura.diffusività termica in piano è superiore di circa il 35-40% rispetto a quella in direzione passante.
La Figura 2 mostra un materiale in CFRP. Anche in questo caso, la Diffusività termicaLa diffusività termica (a con unità di misura mm2/s) è una proprietà specifica del materiale per caratterizzare la conduzione termica instabile. Questo valore descrive la velocità con cui un materiale reagisce a una variazione di temperatura.diffusività termica sul piano è superiore alla Diffusività termicaLa diffusività termica (a con unità di misura mm2/s) è una proprietà specifica del materiale per caratterizzare la conduzione termica instabile. Questo valore descrive la velocità con cui un materiale reagisce a una variazione di temperatura.diffusività termica sul piano passante.
Per il materiale CFRP, la differenza tra le direzioni è notevolmente maggiore rispetto al materiale GFRP. Non si tratta del 35-40% come nel caso del campione GFRP, ma del 500-600%. Questa sorprendente differenza è dovuta alle fibre di carbonio, che possiedono una Diffusività termicaLa diffusività termica (a con unità di misura mm2/s) è una proprietà specifica del materiale per caratterizzare la conduzione termica instabile. Questo valore descrive la velocità con cui un materiale reagisce a una variazione di temperatura.diffusività termica molto più elevata rispetto alle fibre di vetro. Ciò è particolarmente evidente nella figura 3, che riassume tutte le misurazioni.
Conclusione
Il metodo LFA può anche determinare la Diffusività termicaLa diffusività termica (a con unità di misura mm2/s) è una proprietà specifica del materiale per caratterizzare la conduzione termica instabile. Questo valore descrive la velocità con cui un materiale reagisce a una variazione di temperatura.diffusività termica e la Conduttività termicaLa conducibilità termica (λ con unità di misura W/(m-K)) descrive il trasporto di energia - sotto forma di calore - attraverso un corpo di massa come risultato di un gradiente di temperatura (vedi fig. 1). Secondo la seconda legge della termodinamica, il calore fluisce sempre nella direzione della temperatura più bassa.conduttività termica in funzione della direzione, fornendo dati importanti per la progettazione e la costruzione di applicazioni ad alta tecnologia.