Исследование теплофизических свойств углепластиковых полимерных композитных материалов


DOI: 10.34759/tpt-2022-14-3-116-125

Авторы

Попов И. А.*, Константинов Д. Ю., Кузин А. А., Русских М. Д.

Казанский национальный исследовательский технический университет имени А.Н. Туполева – КАИ, Казань, Россия

*e-mail: popov-igor-alex@yandex.ru

Аннотация

Проведено исследование коэффициентов теплопроводности и удельной теплоемкости четырех образцов полимерных композитных материалов. Установлены уровни коэффициентов теплопроводности и теплоемкости и их зависимости от температуры в диапазоне температур от ‒20°С до 80°С. Для углепластиковых термопластов ПЭЭК (Россия) и TENAX-E TPCL PEEK-4-40-HTA40 E13 3K DT-5HS-285/04AB (Япония) и углепластикового реактопласта UMT-49/ Т-26 значения коэффициентов теплопроводности составили от 0.26 до 0.54 Вт/(м⋅К), а для волокнистого реактопласта Аранит РУСАР С600/Т-26 — 0.14‒0.165 Вт/(м⋅К). Поученные 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 данных полимерных композитных материалов. На основе полученных данных может быть сформирована база данных по коэффициентам теплопроводности и удельной теплоемкости. Результаты также позволяют проводить верификацию численных моделей теплопроводности исследованных полимерных композитных материалов с учетом их структуры.

Ключевые слова:

коэффициент теплопроводности, удельный коэффициент теплоемкости, полимерные композиционные материалы, углепластик, измеритель стационарного теплового потока

Библиографический список

  1. Николаева Е.А., Тимофеев А.Н., Михайловский К.В. Высокотеплопроводный углепластик на основе углеродного волокна из пека и дисперсно-наполненной матрицы ЭНФБ // Информационно-технологический вестник. 2018. № 2 (16). С. 130‒137.
  2. Silva C., Marotta E., Schuller M., Peel L., O’Neil M.J. In-plane thermal conductivity in thin carbon fiber composites // J. of Thermophysics and Heat Transfer. 2007. Vol. 3 (21). P. 460‒467. https://doi.org/10.2514/1.27859
  3. Arai Yu. Pitch-based carbon fiber with low modulus and high heat conduction // Nippon Steel Techn. Rept. 2001. N 84. Р. 22‒28
  4. Каблов Е.Н., Гуняев Г.М., Ильченко С.И., Кривонос В.В., Румянцев А.Ф., Кавун Т.Н., Комарова О.А., Пономарев А.Н., Деев И.С., Алексашин В.М. Конструкционные углепластики с повышенной проводимостью // Авиационные материалы и технологии. 2004. № 2. С. 26‒36.
  5. Михайловский К.В., Просунцов П.В., Резник С.В. Разработка высокотеплопроводных полимерных композиционных материалов для космических конструкций // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. «Машиностроение». 2012. № 9. С.98‒106.
  6. Барботько С.Л., Вольный О.С., Мараховский П.С. Исследование влияния схемы армирования на характеристики горючести углепластика // Труды ВИАМ. 2019. № 10 (82). С. 103‒110. DOI: 10.18577/2307-6046-2019-0-10-103-110
  7. Mondal S., Khastgir D. Thermal Conductivity of Polymer-Carbon Composites. In book: Carbon-Containing Polymer Composites. Springer, 2019. P. 369‒396. DOI: 10.1007/978-981-13-2688-2_11
  8. Ohlhorst C.W., Vaughn W.L., Ransone Ph.O., Tsou H.-T. Thermal Conductivity Database of Various Structural Carbon-Carbon Composite Materials. NASA Technical Memorandum 4787. Hampton, Virginia, Langley Research Center, 1997. 96 p.
  9. Каблов Е.Н. Инновационные разработки ФГУП «ВИАМ» ГНЦ РФ по реализации «Стратегических направлений развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года» // Авиационные материалы и технологии. 2015. № 1 (34). С. 3–33. DOI: 10.18577/ 2071-9140-2015-0-1-3-33
  10. Каблов Е.Н. Композиты: сегодня и завтра // Металлы Евразии. 2015. № 1. С. 36–39.
  11. Борщев А.В., Гусев Ю.А. Полимерные композиционные материалы в автомобильной промышленности // Авиационные материалы и технологии. 2014. № 52. С. 34–38.
  12. Раскутин А.Е. Российские полимерные композиционные материалы нового поколения, их освоение и внедрение в перспективных разрабатываемых конструкциях // Авиационные материалы и технологии. 2017. № 5. С. 349–367. DOI: 10.18577/2071-9140-2017-0-S-344-348
  13. Каблов Е.Н., Старцев В.О., Иноземцев А.А. Влагонасыщение конструктивно-подобных элементов из полимерных композиционных материалов в открытых климатических условиях с наложением термоциклов // Авиационные материалы и технологии. 2017. № 2. С. 56–68. DOI: 10.18577/2071-9140-2017-0-2-56-68
  14. Донецкий К.И., Караваев Р.Ю., Раскутин А.Е., Дун В.А. Углепластик на основе объемно-армирующей триаксиальной плетеной преформы // Труды ВИАМ. 2019. № 1 (73). С. 55‒63. DOI: 10.18577/2307-6046-2019-0-1-55-63
  15. Донецкий К.И., Хрульков А.В., Коган Д.И., Белинис П.Г., Лукьяненко Ю.В. Применение объемно-армирующих преформ при изготовлении изделий из ПКМ // Авиационные материалы и технологии. 2013. № 1. С. 35–39.
  16. Константинов Д.Ю., Петрушенко Р.Ю., Беззаметнова Д.М., Яшин И.И. Влияние способа изготовления преформ на механические характеристики углепластика // Изв. вузов. Авиационная техника. 2021. № 1. С. 104‒108.
  17. Гуняева А.Г., Сидорина А.И., Курносов А.О., Клименко О.Н. Полимерные композиционные материалы нового поколения на основе связующего всэ-1212 и наполнителей, альтернативных наполнителям фирм Porcher Ind. и Toho Tenax // Авиационные материалы и технологии. 2018. № 3 (52). С. 18‒26. DOI: 10.18577/ 2071-9140-2018-0-3-18-26

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2018-2024