Introducere
CFRP (plastic ranforsat cu fibre de carbon) și GFRP (plastic ranforsat cu fibre de sticlă) sunt indispensabile în numeroase aplicații de înaltă tehnologie datorită proprietăților lor materiale unice. Caracteristicile lor cheie sunt rezistența ridicată combinată cu greutatea redusă. Acest lucru, împreună cu conductivitatea termică scăzută, le face ideale pentru aplicațiile de înaltă tehnologie din industria aerospațială, auto și electronică. Proprietățile lor termice direcționale (anizotrope) joacă un rol special în aplicarea lor, deoarece conductivitatea termică de-a lungul fibrelor este mai mare decât de-a lungul lor. Structura stratificată permite orientarea fibrelor pentru a disipa căldura în mod direcționat sau pentru a izola eficient anumite zone. Această flexibilitate permite soluții personalizate, cum ar fi minimizarea variațiilor de temperatură în sateliți sau reglarea căldurii în baterii.
Condiții de măsurare și rezultate
Pentru determinarea proprietăților termice, analiza cu laser/flash luminos este deosebit de potrivită. Inițial, difuzivitatea termică - care este o funcție a direcției - este determinată cu ajutorul unui instrument precum LFA 717 HyperFlash®. Ulterior, datele privind densitatea și capacitatea termică specifică pot fi aplicate pentru a calcula conductivitatea termică, care este, de asemenea, o funcție a direcției. Condițiile de măsurare sunt detaliate în tabelul 1.
Tabelul 1: Parametrii de măsurare
| Instrumentul de analiză | LFA 717 HyperFlash® |
|---|---|
| Dimensiunea probei | 10 mm x 10 mm x 2,5 mm - prin plan Mai multe benzi de 10 mm x 2,5 mm - în plan |
| Suporturi pentru probe | 10 mm pătrat - prin plan 10 mm suport de probă laminat - în plan |
Temperatură puncte | 20 până la 150°C în trepte de 10 K |
| Atmosferă | 100 ml/min, N2 |
Figura 1 prezintă difuzivitatea termică a GFRP în direcția prin plan (perpendicular pe fibră) și în direcția în plan (paralel cu fibra). Difuzivitatea termică scade ușor odată cu creșterea temperaturii. Între 110°C și 130°C, se poate observa o schimbare a gradientului small, indicând tranziția vitroasă a matricei polimerice. Difuzivitatea termică în plan este cu aproximativ 35-40% mai mare decât în direcția prin plan.
Un material CFRP este prezentat în mod similar în figura 2. Din nou, difuzivitatea termică în plan este mai mare decât difuzivitatea termică prin plan.
Pentru materialul CFRP, diferența dintre direcții este considerabil mai mare decât pentru materialul GFRP. Nu este de 35-40% ca în cazul probei GFRP, ci de 500-600%. Această diferență izbitoare se datorează fibrelor de carbon, care posedă o difuzivitate termică mult mai mare decât fibrele de sticlă. Acest lucru este deosebit de clar în figura 3, care rezumă toate măsurătorile.
Concluzie
Metoda LFA poate determina, de asemenea, difuzivitatea termică și conductivitatea termică în funcție de direcție, furnizând date importante pentru proiectarea și construcția de aplicații de înaltă tehnologie.