Исследование теплофизических свойств углепластика с различным армированием методами стационарного теплового потока и дифференциального сканирующего калориметра с температурной модуляцией
- Авторы: Попов И.А.1, Хамидуллин О.Л.1, Амирова Л.М.1, Попов И.А.2
-
Учреждения:
- Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева – КАИ
- Казанский государственный аграрный университет
- Выпуск: Том 61, № 5 (2023)
- Страницы: 706-713
- Раздел: Теплофизические свойства веществ
- URL: https://cardiosomatics.ru/0040-3644/article/view/653072
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0040364423050137
- ID: 653072
Цитировать
Аннотация
В работе проведено исследование коэффициентов теплопроводности и удельной теплоемкости углепластика с различным армированием методами стационарного теплового потока и дифференциальной сканирующей калориметрии с температурной модуляцией. Установлены значения коэффициентов теплопроводности и теплоемкости и их зависимости от температуры в диапазоне температур от –20°С до 100°С. Диапазоны изменения коэффициентов теплопроводности составили от 0.400 до 0.515 Вт/(м К), а удельного коэффициента теплоемкости от 923 до 984 Дж/(кг К). Полученные результаты могут быть использованы для расчета и проектирования систем и установок с использованием полимерных композитных материалов как конструкционного материала, а также для расчета параметров технологического процесса производства этих материалов.
Об авторах
И. А. Попов
Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева – КАИ
Email: popov-igor-alex@yandex.ru
Россия, г. Казань
О. Л. Хамидуллин
Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева – КАИ
Email: popov-igor-alex@yandex.ru
Россия, г. Казань
Л. М. Амирова
Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева – КАИ
Email: popov-igor-alex@yandex.ru
Россия, г. Казань
И. А. Попов
Казанский государственный аграрный университет
Автор, ответственный за переписку.
Email: popov-igor-alex@yandex.ru
Россия, г. Казань
Список литературы
- Li H., Zhu Q., Liu G., Zhu Q. Intrinsically and Extrinsically Anisotropic Heat Transport in Bulk Materials and Nanostructures: A Review // Int. J. Heat Mass Transfer. 2022. V. 196. P. 123307.
- Tian W., Qi L., Fu M.W. Multi-scale and Multi-step Modeling of Thermal Conductivities of 3D Braided Composites // Int. J. Mech. Sci. 2022. V. 228. P. 107466.
- Chen J. Effects of Different Factors on the Heat Conduction Properties of Carbon Films and Fibers // East European Journal of Physics. 2022. № 2. P. 91.
- Guo Y., Ruan K., Shi X., Yang X. Factors Affecting Thermal Conductivities of the Polymers and Polymer Composites: A Review // Composites Science and Technology. 2020. V. 193. P. 108134.
- Zhai S., Zhang P., Xian Y., Zeng J. Effective Thermal Conductivity of Polymer Composites: Theoretical Models and Simulation Models // Int. J. Heat Mass Transfer. 2018. V. 117. P. 358.
- Chen H., Ginzburg V.V., Yang J., Yang Y., Liu W., Huang Y., Du L., Chen B. Thermal Conductivity of Polymer-based Composites: Fundamentals and Applications // Progress in Polymer Science. 2016. V. 59. P. 41.
- Zhou T., Zhao Y., Rao Z. Fundamental and Estimation of Thermal Contact Resistance between Polymer Matrix Composites: A Review // Int. J. Heat Mass Transfer. 2022. V. 189. P. 122701.
- Yang M., Li X., Yuan J., Wen Z., Kang G. A Comprehensive Study on the Effective Thermal Conductivity of Random Hybrid Polymer Composites // Int. J. Heat Mass Transfer. 2022. V. 182. P. 121936.
- Wu Q., Liu C., Xu Y., Li G., Zhang H., Huang J., Miao J. Carbon Fiber Reinforced Elastomeric Thermal Interface Materials for Spacecraft // Carbon. 2022. V. 187. P. 432.
- Wunderlich B. Thermal Analysis of Polymeric Materials. Berlin–Heidelberg–N.Y.: Springer, 2005. 894 p.
- Tritt T.M. Thermal Conductivity: Theory, Properties, and Applications. N.Y.: Kluwer Academic, Plenum Publishers, 2004. 290 p.
- Solorzano E., Reglero J.A., Rodrıguez-Perez M.A., Lehmhus D., Wichmann M., De Saja J.A. An Experimental Study on the Thermal Conductivity of Aluminium Foams by Using the Transient Plane Source Method // Int. J. Heat Mass Transfer. 2008. V. 51. P. 6259.
- Assael M.J., Antoniadis K.D., Tzetzis D. The Use of the Transient Hot-wire Technique for Measurement of the Thermal Conductivity of an Epoxy-resin Reinforced with Glass Fibers and/or Carbon Multi-walled Nanotubes // Composites Science and Technology. 2008. V. 68. № 15–16. P. 3178.
- Parker W.J., Jenkins R.J., Butler C.P., Abbot G.L. FLASH Method of Determining Thermal Diffusivity, Heat Capacity, and Thermal Conductivity // J. Appl. Phys. 1961. V. 32. P. 1679.
- Chiu J., Fair P.G. Determination of Thermal Conductivity by Differential Scanning Calorimetry // Thermochimica Acta. 1979. V. 24. № 2. P. 267.
- Cahill D.G. Thermal Conductivity Measurement from 30 to 750 K: The 3ω Method // Review of Scientific Instruments. 1990. V. 61. P. 802.
- Govorkov S., Ruderman W., Horn M.W., Goodman R.B., Rothschild M. A New Method for Measuring Thermal Conductivity of Thin Films // Review of Scientific Instruments. 1997. V. 68. P. 3828.
- Jackson W.B., Amer N.M., Boccara A.C., Fournier D. Photothermal Deflection Spectroscopy and Detection // Applied Optics. 1981. V. 20. P. 1333.
- Jeona P.S., Kima J.H., Kimb H.J., Yoob J. Thermal Conductivity Measurement of Anisotropic Material Using Photothermal Deflection Method // Thermochimica Acta. 2008. V. 477. P. 32.
- Kuwahara M., Suzuki O., Takada S., Hata N., Fons P., Tominaga J. Thermal Conductivity Measurements of Low-k Films Using Thermoreflectance Phenomenon // Microelectronic Engineering. 2008. V. 85. P. 796.
- Li H., Zhu Q., Liu G., Zhu Q. Intrinsically and Extrinsically Anisotropic Heat Transport in Bulk Materials and Nanostructures: A Review // Int. J. Heat Mass Transfer. 2022. V. 196. P. 123307.
- Brennan W.P., Miller B., Whitewell J.C. Thermal Conductivity Measurements with the Differential Scanning Calorimeter // J. Appl. Polym. Sci. 1968. V. 21. P. 1800.
- Blaine R.L., Cassel R.B. Precision and Bias of the ASTM Test E1952 for Thermal Conductivity by Modulated Temperature DSC. Delaware: Thermal Library Application Brief TA265, TA Instruments New Castle, 2001. P. 26.
- Cecen V., Tavman I.H., Kok M., Aydogdu Y. Epoxy-and Polyester-based Composites Reinforced with Glass, Carbon, and Aramid Fabrics: Measurement of Heat Capacity and Thermal Conductivity of Composites by Differential Scanning Calorimetry // Polymer Composites. 2009. V. 30. № 9. P. 1299.
- Hu M., Yu D., Wei J. Thermal Conductivity Determination of Small Polymer Samples by Differential Scanning Calorimetry // Polymer Testing. 2007. V. 26. № 3. P. 333.
- Kalogiannakis G., Van Hemelrijck D., Van Assche G. Measurements of Thermal Properties of Carbon/Epoxy and Glass/Epoxy Using Modulated Temperature Differential Scanning Calorimetry // Journal of Composite Materials. 2004. V. 38. № 2. P. 163.
- ASTM E1952-17. Standard Test Method for Thermal Conductivity and Thermal Diffusivity by Modulated Temperature Differential Scanning Calorimetry. Annual Book of ASTM Standards. USA, 2017. V. 14.01. 7 p.
- ГОСТ Р 57830-2017. Композиты. Определение теплопроводности и температуропроводности методом дифференциальной сканирующей калориметрии с температурной модуляцией. М.: Стандартинформ, 2017. 16 с.
- ASTM C518-21. Standard Test Method for Steady-State Thermal Transmission Properties by Means of the Heat Flow Meter Apparatus. Annual Book of ASTM Standards. USA, 2021. V. 04.06. 16 p.
- Sun Y., Lyu B., Yan B., Jiang G., Ma P. Preparation and Characterization of 3D Flexible High-distance Spacer Fabric/Foam Composite // Composite Structures. 2021. V. 261. P. 113549.
- Walbrück K., Drewier L., Witzleben S., Stephan D. Factors Influencing Thermal Conductivity and Compressive Strength of Natural Fiber-reinforced Geopolymer Foams // Open Ceramics. 2021. V. 5. P. 100065.
- Kyaw Oo D’Amore G., Marino A., Kaspar J. Numerical Modeling of Fire Resistance Test as a Tool to Design Lightweight Marine Fire Doors: A Preliminary Study // Journal of Marine Science and Engineering. 2020. V. 8. № 7. P. 520.
- Bergman T.L., Lavine A.S., Incropera F.P., Dewitt D.P. Fundamentals of Heat and Mass Transfer. 7th ed. Hoboken, New Jersey, USA: John Wiley & Sons, 2011. 1080 p.
- Gomes M.G., Flores-Colen I., da Silva F., Pedroso M. Thermal Conductivity Measurement of Thermal Insulating Mortars with EPS and Silica Aerogel by Steady-state and Transient Methods // Construction and Building Materials. 2018. V. 172. P. 696.
- Salmon D.R., Tye R.P. An Inter-comparison of a Steady-state and Transient Methods for Measuring the Thermal Conductivity of Thin Specimens of Masonry Materials // Journal of Building Physics. 2011. V. 34. № 3. P. 247.
- Хамидуллин О.Л., Низамиев Р.Р., Балькаев Д.А., Амирова Л.М. Определение теплопроводности полимеров методом дифференциальной сканирующей калориметрии с температурной модуляцией // Тепловые процессы в технике. 2022. Т. 14. № 4. С. 186.
- Popov I.A., Konstantinov D.Yu., Zhukova Yu.V., Chorny A.D. Thermal Conductivity and Specific Heat of Carbon-plastic Polymer Composite Materials // High Temperature Material Processes. 2022. V. 26. № 4. P. 25.
- Попов И.А., Константинов Д.Ю., Кузин А.А., Русских М.Д. Исследование теплофизических свойств углепластиковых полимерных композитных материалов // Тепловые процессы в технике. 2022. Т. 14. № 3. С. 116.
Дополнительные файлы
