Inledning
CFRP (kolfiberarmerad plast) och GFRP (glasfiberarmerad plast) är oumbärliga i många högteknologiska applikationer tack vare sina unika materialegenskaper. De viktigaste egenskaperna är hög hållfasthet i kombination med låg vikt. Detta, tillsammans med den låga värmeledningsförmågan, gör dem idealiska för högteknologiska tillämpningar inom flyg- och rymdindustrin, bilindustrin och elektronikindustrin. De riktade (anisotropiska) termiska egenskaperna spelar en särskild roll i tillämpningen, eftersom värmeledningsförmågan längs med fibrerna är högre än tvärs över dem. Den skiktade strukturen gör att fibrerna kan orienteras för att antingen avleda värme på ett målinriktat sätt eller för att effektivt isolera områden. Denna flexibilitet möjliggör skräddarsydda lösningar som t.ex. minimering av temperaturvariationer i satelliter eller reglering av värme i batterier.
Mätförhållanden och resultat
För bestämning av termiska egenskaper är laser-/ljusblixtanalys särskilt väl lämpad. Inledningsvis bestäms den termiska diffusiviteten - som är en funktion av riktningen - med hjälp av ett instrument som LFA 717 HyperFlash®. Därefter kan uppgifterna om TäthetMassdensiteten definieras som förhållandet mellan massa och volym. densitet och Specifik värmekapacitet (cp)Värmekapacitet är en materialspecifik fysikalisk storhet som bestäms av den värmemängd som tillförs provkroppen, dividerat med den resulterande temperaturökningen. Den specifika värmekapaciteten är relaterad till en massa-enhet av provkroppen.specifik värmekapacitet användas för att beräkna värmeledningsförmågan, som också är en funktion av riktningen. Mätförhållandena beskrivs närmare i tabell 1.
Tabell 1: Mätparametrar
| Analysinstrument | LFA 717 HyperFlash® |
|---|---|
| Provets storlek | 10 mm x 10 mm x 2,5 mm - genomgående plan Flera remsor av 10 mm x 2,5 mm - i planet |
| Provhållare | 10 mm fyrkant - genomgående plan hållare för 10 mm laminatprover - i planet |
Temperatur punkter | 20 till 150°C i steg om 10 K |
| Atmosfär | 100 ml/min, N2 |
Figur 1 visar den termiska diffusiviteten för GFRP i riktning genom planet (vinkelrätt mot fibern) och i riktning i planet (parallellt med fibern). Den termiska diffusiviteten minskar något med ökande temperatur. Mellan 110°C och 130°C kan man se en förändring av gradienten på small, vilket indikerar polymermatrisens GlasomvandlingstemperaturGlasövergången är en av de viktigaste egenskaperna hos amorfa och halvkristallina material, t.ex. oorganiska glas, amorfa metaller, polymerer, läkemedel och livsmedelsingredienser etc., och beskriver det temperaturområde där materialens mekaniska egenskaper ändras från hårda och spröda till mer mjuka, deformerbara eller gummiaktiga.glasövergång. Den termiska diffusiviteten i planet är ca 35-40% högre än i riktningen genom planet.
Ett CFRP-material visas på liknande sätt i figur 2. Återigen är den termiska diffusiviteten i planet högre än den termiska diffusiviteten genom planet.
För CFRP-materialet är skillnaden mellan riktningarna betydligt större än för GFRP-materialet. Det är inte 35 till 40% som för GFRP-provet, utan 500 till 600%. Denna slående skillnad beror på kolfibrerna, som har en mycket högre Termisk diffusivitetTermisk diffusivitet (a med enheten mm2/s) är en materialspecifik egenskap för att karakterisera instationär värmeledning. Detta värde beskriver hur snabbt ett material reagerar på en temperaturförändring.termisk diffusivitet än glasfibrerna. Detta framgår särskilt tydligt i figur 3, som sammanfattar alla mätningar.
Slutsats
LFA-metoden kan också bestämma värmediffusivitet och Termisk konduktivitetVärmekonduktivitet (λ med enheten W/(m-K)) beskriver transporten av energi - i form av värme - genom en masskropp som ett resultat av en temperaturgradient (se fig. 1). Enligt termodynamikens andra huvudsats strömmar värme alltid i riktning mot den lägre temperaturen.värmeledningsförmåga som en funktion av riktning, vilket ger viktiga data för design och konstruktion av högteknologiska applikationer.