Inleiding
CFRP (koolstofvezelversterkte kunststof) en GFRP (glasvezelversterkte kunststof) zijn onmisbaar in tal van hightechtoepassingen dankzij hun unieke materiaaleigenschappen. Hun belangrijkste eigenschappen zijn een hoge sterkte in combinatie met een laag gewicht. Samen met hun lage Thermische geleidbaarheidThermische geleidbaarheid (λ met de eenheid W/(m-K)) beschrijft het transport van energie - in de vorm van warmte - door een massa-lichaam als gevolg van een temperatuurgradiënt (zie fig. 1). Volgens de tweede wet van de thermodynamica stroomt warmte altijd in de richting van de lagere temperatuur.thermische geleidbaarheid maakt dit ze ideaal voor hightechtoepassingen in de ruimtevaart, automobielindustrie en elektronica. Hun gerichte (anisotrope) thermische eigenschappen spelen een speciale rol in hun toepassing, aangezien de thermische geleiding langs de vezels hoger is dan dwars op de vezels. Door de gelaagde structuur kunnen de vezels worden georiënteerd om warmte gericht af te voeren of om gebieden effectief te isoleren. Deze flexibiliteit maakt oplossingen op maat mogelijk, zoals het minimaliseren van temperatuurschommelingen in satellieten of het reguleren van warmte in batterijen.
Meetomstandigheden en resultaten
Voor het bepalen van thermische eigenschappen is laser-/lichtflitsanalyse bijzonder geschikt. In eerste instantie wordt de Thermische diffusieThermische diffusie (a met de eenheid mm2/s) is een materiaalspecifieke eigenschap voor het karakteriseren van onstabiele warmtegeleiding. Deze waarde beschrijft hoe snel een materiaal reageert op een verandering in temperatuur.thermische diffusie - die een functie is van de richting - bepaald met een instrument zoals de LFA 717 HyperFlash®. Vervolgens kunnen de gegevens over DichtheidDe massadichtheid wordt gedefinieerd als de verhouding tussen massa en volume. dichtheid en Specifieke warmtecapaciteit (cp)Warmtecapaciteit is een materiaalspecifieke fysische grootheid, bepaald door de hoeveelheid warmte die aan een proefstuk wordt toegevoerd, gedeeld door de resulterende temperatuurstijging. De specifieke warmtecapaciteit is gerelateerd aan een massa-eenheid van het proefstuk.specifieke warmtecapaciteit worden toegepast om de Thermische geleidbaarheidThermische geleidbaarheid (λ met de eenheid W/(m-K)) beschrijft het transport van energie - in de vorm van warmte - door een massa-lichaam als gevolg van een temperatuurgradiënt (zie fig. 1). Volgens de tweede wet van de thermodynamica stroomt warmte altijd in de richting van de lagere temperatuur.thermische geleidbaarheid te berekenen, die ook een functie is van de richting. De meetomstandigheden staan beschreven in tabel 1.
Tabel 1: Meetparameters
| Analyse-instrument | LFA 717 HyperFlash® |
|---|---|
| Afmeting monster | 10 mm x 10 mm x 2,5 mm - dwarsvlak Verschillende stroken van 10 mm x 2,5 mm - in het vlak |
| Monsterhouders | 10 mm vierkant - doorsnede monsterhouder van 10 mm laminaat - in het vlak |
Temperatuur punten | 20 tot 150 °C in stappen van 10 K |
| Atmosfeer | 100 ml/min, N2 |
Figuur 1 toont de Thermische diffusieThermische diffusie (a met de eenheid mm2/s) is een materiaalspecifieke eigenschap voor het karakteriseren van onstabiele warmtegeleiding. Deze waarde beschrijft hoe snel een materiaal reageert op een verandering in temperatuur.thermische diffusie van GFRP in de doorgaande richting (loodrecht op de vezel) en in de inwendige richting (parallel aan de vezel). De Thermische diffusieThermische diffusie (a met de eenheid mm2/s) is een materiaalspecifieke eigenschap voor het karakteriseren van onstabiele warmtegeleiding. Deze waarde beschrijft hoe snel een materiaal reageert op een verandering in temperatuur.thermische diffusie neemt licht af met toenemende temperatuur. Tussen 110°C en 130°C is een small verandering in de gradiënt te zien, wat duidt op de glasovergang van de polymeermatrix. De Thermische diffusieThermische diffusie (a met de eenheid mm2/s) is een materiaalspecifieke eigenschap voor het karakteriseren van onstabiele warmtegeleiding. Deze waarde beschrijft hoe snel een materiaal reageert op een verandering in temperatuur.thermische diffusie in de langsrichting is ongeveer 35 tot 40% hoger dan in de dwarsrichting.
Een CFRP-materiaal wordt op dezelfde manier getoond in figuur 2. Ook hier is de Thermische diffusieThermische diffusie (a met de eenheid mm2/s) is een materiaalspecifieke eigenschap voor het karakteriseren van onstabiele warmtegeleiding. Deze waarde beschrijft hoe snel een materiaal reageert op een verandering in temperatuur.thermische diffusie in het vlak hoger dan de Thermische diffusieThermische diffusie (a met de eenheid mm2/s) is een materiaalspecifieke eigenschap voor het karakteriseren van onstabiele warmtegeleiding. Deze waarde beschrijft hoe snel een materiaal reageert op een verandering in temperatuur.thermische diffusie door het vlak.
Voor het CFRP-materiaal is het verschil tussen de richtingen aanzienlijk groter dan voor het GFRP-materiaal. Het is niet 35 tot 40% zoals bij het GFRP-monster, maar 500 tot 600%. Dit opvallende verschil wordt veroorzaakt door de koolstofvezels, die een veel hogere Thermische diffusieThermische diffusie (a met de eenheid mm2/s) is een materiaalspecifieke eigenschap voor het karakteriseren van onstabiele warmtegeleiding. Deze waarde beschrijft hoe snel een materiaal reageert op een verandering in temperatuur.thermische diffusie hebben dan de glasvezels. Dit is vooral duidelijk in figuur 3, waarin alle metingen zijn samengevat.
Conclusie
De LFA-methode kan ook de Thermische diffusieThermische diffusie (a met de eenheid mm2/s) is een materiaalspecifieke eigenschap voor het karakteriseren van onstabiele warmtegeleiding. Deze waarde beschrijft hoe snel een materiaal reageert op een verandering in temperatuur.thermische diffusie en Thermische geleidbaarheidThermische geleidbaarheid (λ met de eenheid W/(m-K)) beschrijft het transport van energie - in de vorm van warmte - door een massa-lichaam als gevolg van een temperatuurgradiënt (zie fig. 1). Volgens de tweede wet van de thermodynamica stroomt warmte altijd in de richting van de lagere temperatuur.thermische geleidbaarheid bepalen als functie van de richting, wat belangrijke gegevens oplevert voor het ontwerp en de constructie van hightechtoepassingen.