Wprowadzenie
Tworzywa sztuczne wzmacniane włóknami są lekkie, a jednocześnie wykazują wysoką sztywność. Te właściwości sprawiają, że są one przydatne jako materiały konstrukcyjne w przemyśle motoryzacyjnym. W celu optymalizacji czasu procesu podczas produkcji, Przewodność cieplnaPrzewodność cieplna (λ z jednostką W/(m-K)) opisuje transport energii - w postaci ciepła - przez ciało o masie w wyniku gradientu temperatury (patrz rys. 1). Zgodnie z drugą zasadą termodynamiki, ciepło zawsze przepływa w kierunku niższej temperatury.przewodność cieplna tych materiałów jest ważną właściwością, którą należy monitorować. Zależy ona nie tylko od temperatury, ale także od orientacji materiału wzmacniającego.
Za pomocą urządzenia LFA 467 HyperFlash® można łatwo i szybko określić przewodność cieplną materiałów anistropowych w funkcji temperatury w różnych kierunkach przestrzennych.
Próbki i eksperymenty
Zbadano żywicę epoksydową wzmocnioną włóknem węglowym, która została wzmocniona jednokierunkowo* i dwukierunkowo**. Przewodność cieplną analizowano zarówno równolegle, jak i prostopadle do kierunku włókien. Pomiary przeprowadzono w standardowym uchwycie próbki (kwadrat 12,7 mm) w zakresie od 120°C do 200°C w krokach co 20 K. Ciepło właściwe określono za pomocą DSC 204 F1 Phoenix® .
* jednokierunkowy: wszystkie włókna materiału wzmacniającego są równoległe do siebie
** dwukierunkowy: włókna materiału wzmacniającego krzyżują się pod kątami 0° i 90°
Wyniki i dyskusja
Na rysunku 1 przedstawiono przewodność cieplną jednokierunkowo (czarny) i dwukierunkowo (czerwony) wzmocnionych próbek tworzyw sztucznych. Próbka wzmocniona jednokierunkowo, mierzona w kierunku włókien (czarny dots) wykazywała najwyższą przewodność cieplną. Przewodność cieplnaPrzewodność cieplna (λ z jednostką W/(m-K)) opisuje transport energii - w postaci ciepła - przez ciało o masie w wyniku gradientu temperatury (patrz rys. 1). Zgodnie z drugą zasadą termodynamiki, ciepło zawsze przepływa w kierunku niższej temperatury.Przewodność cieplna próbki wzmocnionej dwukierunkowo, również mierzona w kierunku włókien, była nieco niższa. Ze względu na wysoką przewodność cieplną włókien węglowych w kierunku włókien (dots), Przewodność cieplnaPrzewodność cieplna (λ z jednostką W/(m-K)) opisuje transport energii - w postaci ciepła - przez ciało o masie w wyniku gradientu temperatury (patrz rys. 1). Zgodnie z drugą zasadą termodynamiki, ciepło zawsze przepływa w kierunku niższej temperatury.przewodność cieplna równoległa do kierunku włókien była od 7 do 12 razy wyższa niż Przewodność cieplnaPrzewodność cieplna (λ z jednostką W/(m-K)) opisuje transport energii - w postaci ciepła - przez ciało o masie w wyniku gradientu temperatury (patrz rys. 1). Zgodnie z drugą zasadą termodynamiki, ciepło zawsze przepływa w kierunku niższej temperatury.przewodność cieplna prostopadła do kierunku włókien (diamenty) dla obu próbek. Pomiary w kierunku prostopadłym dały prawie takie same wartości przewodności cieplnej dla obu próbek, ponieważ ogólna orientacja włókien prostopadła do kierunku pomiaru nie ma prawie żadnego wpływu.
Wnioski
LFA 467 Hyperflash opracowała szereg uchwytów do próbek przeznaczonych do specjalnych zadań pomiarowych, np. pomiarów cieczy, proszków, cienkich folii metalowych itp. Wśród nich znajduje się specjalny uchwyt do próbek lamiante zastosowany do opisanych tutaj badań. Używając tego specjalnie zaprojektowanego uchwytu do próbek, można było szybko i łatwo określić anistropię dyfuzyjności cieplnej materiałów wzmocnionych włóknem węglowym ze względu na orientację osadzonych włókien.