ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Коэффициент теплопроводности из "Промышленные полимерные композиционные материалы " В дальнейшем мы ограничимся лишь рассмотрением нескольких методик, которые были использованы при изучении теплопроводности полимерных композиционных материалов и соответствующих материалов матрицы, а также основных принципов, на которых основано определение теплопроводности. Более подробную информацию о технике эксперимента можно найти в соответствующей литературе, например в работе [7]. [c.296] Опыт показал, что если в систему, находящуюся в состоянии теплового равновесия, ввести источник тепла или теплоотвод, то возникает градиент температур. Возникающий тепловой поток, обусловленный градиентом температур и стремлением системы к равновесию, таким образом, дает начало явлению теплопроводности. [c.296] На основе фундаментального закона теплопроводности и закона сохранения энергии получены дифференциальные уравнения в частных производных, которые могут быть решены в случаях простых геометрических конфигураций. [c.296] Метод плоской пластины (см. рис. 7.5, а) нашел наиболее широкое применение, главным образом благодаря тому, что образцы из композиционных материалов могут быть легко отформованы в виде листов или пластин необходимой толщины с ориентацией волокнистого наполнителя в нужном направлении. [c.297] Метод изолированной горячей плиты (рис. 7.6) наиболее целесообразно применять в тех случаях, когда необходимо получить абсолютные значения, т. е. когда k рассчитывается, исходя из экспериментально найденных величин, входящих в уравнение (7.28) или (7.29). [c.297] Согласно этой методике, два одинаковых образца из исследуемого материала, имеющие форму плоского прямоугольника или круглого диска (1), располагаются между двумя охлаждаемыми плитами (3), контактирующими с внешними поверхностями испытываемых образцов с электрически нагреваемой металлической плитой 2), так называемой горячей плитой. Между ними для обеспечения условия перпендикулярности теплового потока к образцу по всей его поверхности, положенного в основу при выводе уравнения (7.28), используется защитная плита (4), окружающая горячую плиту и имеющая такую же температуру. [c.297] При достижений системой установившегося состояния и при условии симметричности теплового потока для обоих образцов с помощью уравнения (7,28) можно рассчитать коэффициент теплопроводности к, считая, что толщина равна 2/г. [c.298] Абсолютные методы, описанные в приведенных выше работах, являются достаточно точными, но для их проведения необходимо дорогостоящее оборудование, работа на котором сопряжена с большими затратами времени и требует большой аккуратности. Во многих случаях низкая воспроизводимость свойств самих испытываемых материалов не оправдывает использование столь точных методов и на практике оказывается вполне приемлемым использование менее точных, но более простых методов. [c.298] При использовании так называемых относительных методов k испытываемого образца определяется в сравнении с веществом, коэффициент теплопроводности которого известен. [c.298] Рэтклифф [12] описывает методику относительного определения теплопроводности в стационарном режиме на приборе, не содержащем раздельно нагреваемых нзол1фующг1Х колец. Эта методика была использована для определения теплопроводности ряда армированных реактопластов. На рис. 7.7 показана схема прибора для определения теплопроводности образцов, имеющих форму дисков диаметром 7,5 см и толщиной 0,3—0,5 см. [c.298] Прибор состоит из электрически нагреваемой горячей плиты и двух холодных плит, охлаждаемых водой. Два одинаковых образца располагаются с обеих сторон горячей плиты, зажимаются между холодными плитами и теплоизолируются слоем стекловаты толщиной 8 см. Температура измеряется двумя термопарами, расположенными в каждой холодной плите и четырьмя термопарами, расположенными в горячей плите. Тепловая энергия, рассеиваемая горячей плитой, определяется напряжением и силой тока, проходящего через нагревательный элемент. Для сведения к минимуму потерь тепла в рабочей камере прибора используется электрически нагреваемый защитный цилиндр. [c.298] В измеряемые величины вносятся поправки, учитывающие колебания температуры в горячей и холодных плитах и на поверхности испытываемых образцов, а также потери тепла от горячей плиты. Последние могут быть достаточно точно определены экспериментально при замене испытываемого образца эталонным образцом с известной теплопроводностью, причем желательно, чтобы теплопроводности эталонного и испытываемого образцов были близки по величине. [c.298] Для сведения к минимуму побочных потерь тепла вся рабочая часть прибора теплоизолируется с помощью внешнего слоя теплоизоляции. [c.299] Метод коаксиальных цилиндров, несмотря на целый ряд преимуществ по сравнению с методом плоской пластины, не находит широкого применения по ранее указанным причинам. Исключением в этом отношении является прибор, предложенный Клайном [14], который был успешно использован при изучении теплопроводности некоторых полимеров. Согласно этой методике, тепло подводится к цилиндрическому образцу диаметром 1,5 см и длиной не менее 15 см от медного цилиндра, установленного внутри испытываемого образца. В отверстии, расположенном в центре медного цилиндра, находится проволочное сопротивление, к которому подводится электрический ток посредством тонких медных проволочек. На внутренней и внешней поверхностях испытываемого образца крепятся очень тонкие медно-константановые термопары. Рабочая часть прибора снабжена рубашкой для охлаждения в виде хорошо пригнанной медной трубки, которая обеспечивает постоянную температуру при отводе тепла от прибора. [c.299] Такая система проста при сборке и может работать в заданном режиме. Если отношение длины к диаметру образца составляет не менее 12, то, как показали контрольные эксперименты, прибор может работать без теплоизоляции. Кроме того, отпадает необходимость в тарировке прибора по эталонным образцам, так как при выбранной конфигурации образцов для испытаний осевые потери тепла пренебрежимо малы по сравнению с теплом, проводимым радиально через образец. Общая ошибка метода составляет 6%. [c.299] Описанная система оказалась достаточно удобной при серийных измерениях коэффициентов теплопроводности изотропных полимерных материалов, особенно при получении образцов в виде бруска или стержня. Этой методикой можно также пользоваться при определении коэффициентов теплопроводности наполненных полимеров или, в общем случае, композиционных материалов с изотропными свойствами, но эта методика не применима для композиционных материалов с ярко выраженной анизотропией свойств, например однонаправленных волокнистых композиционных материалов. [c.299] Граничные условия определяют вид решения для каждого конкретного случая. Уравнение имеет простое решение в случае непрерывного и постоянного линейного источника тепла бесконечной длины в бесконечном изотропном теле [7]. [c.300] Для постоянного теплового потока q зависимость разности температур от натурального логарифма отношения времен к t должна представлять собой пря-Л1ую линию, причем разность температур пропорциональна обратной величине к. В работе [7] подробно рассмотрены поправки, учитывающие отклонения от идеальной Модели. Эта методика успешно использовалась различными исследователями при изучении теплопроводности гомогенных полимеров. Однако трудно говорить о том, насколько этот метод применим при исследовании материалов с ярко выраженной анизотропией свойств, таких как однонаправленные волокнистые композиционные Материалы. [c.300] В связи с относительной простотой изготовления плоских образцов было предложено много разнообразных методик определения коэффициента теплопроводности при неустановившемся состоянии с использованием тонких образцов в форме диска. [c.300] Таким образом, график зависимости времени от логарифма разности температур представляет собой прямую линию, тангенс угла наклона которой равен постоянной скорости изменения температуры т. [c.301] Вернуться к основной статье