Определение теплопроводности полимеров методом дифференциальной сканирующей калориметрии с температурной модуляцией


DOI: 10.34759/tpt-2022-14-4-186-192

Авторы

Хамидуллин О. Л.1*, Низамиев Р. Р.1**, Балькаев Д. А.2***, Амирова Л. М.3****

1. Казанский национальный исследовательский технический университет имени А.Н. Туполева – КАИ, Казань, Россия
2. Казанский федеральный университет, ул. Кремлевская, 35, Казань, 420008, Россия
3. Институт авиации, наземного транспорта и энергетики, КНИТУ-КАИ им. А.Н. Туполева, ул. К. Маркса, 10, Казань, 420111, Россия

*e-mail: khamidullinoskarl@mail.ru
**e-mail: nizamiev64@mail.ru
***e-mail: dinar.balkaev@yandex.ru
****e-mail: amirovaliliyam@mail.ru

Аннотация

Целью работы является изучение и апробирование методики определения теплопроводности полимеров методом дифференциальной сканирующей калориметрии с температурной модуляцией. Был проведен анализ литературных источников данной методики и выполнены испытания различных полимеров. Полученные данные теплопроводности композитов в продольном и поперечном сечении имеют высокую степень достоверности. В ходе работы были определены некоторые основные проблемы данного метода. На основе литературных данных и собственных наблюдений были приведены возможные пути их решения.

Ключевые слова:

теплопроводность, температурная модуляция, дифференциальный сканирующий калориметр

Библиографический список

  1. Speyer R.F. Thermal analysis of materials. New York: Marcel Dekker, Inc., 1994. 285 p.
  2. Solorzano E., Reglero J.A., Rodrıguez-Perez M.A., Lehmhus D., Wichmann M. and De Saja J.A. An experimental study on the thermal conductivity of aluminium foams by using the transient plane source method // Heat Mass Transfer. 2008. Vol. 51. P. 6259–6267.
  3. Assael M.J., Antoniadis K.D. and 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 // Compos. Sci.Technol. 2008.Vol. 68. P. 3178–3183.
  4. Parker W.J., Jenkins R.J., Butler C.P. and Abbot G.L. Flash method of determining thermal diffusivity, heat capacity and thermal conductivity // J. Appl. Phys. 1961. Vol. 32. P. 1679–1684.
  5. Cahill D.G. Thermal conductivity measurement from 30 to 750 K: the 3ω method // Rev. Sci. Instrum. 1990. Vol. 61. P. 802–808.
  6. Govorkov S., Ruderman W., Horn M.W., Goodman R.B. and Rothschild M.A. New method for measuring thermal conductivity of thin films // Rev. Sci. Instrum. 1997. Vol. 68. P. 3828–3834.
  7. Jackson W.B., Amer N.M., Boccara A.C. and Fournier D. Photothermal deflection spectroscopy and detection // Appl. Opt. 1981. Vol. 20. P. 1333–1344.
  8. Jeona P.S., Kima J.H., Kimb H.J. and Yoob J. Thermal conductivity measurement of anisotropic material using photothermal deflection method // Thermochim. Acta. 2008. Vol. 477. P. 32–37.
  9. Kuwahara M., Suzuki O., Takada S., Hata N., Fons P. and Tominaga J. Thermal conductivity measurements of low-k films using thermoreflectance phenomenon // Microelectron. Eng. 2008. Vol. 85. P. 796–799.
  10. E1952-98 Standard Method for Thermal Conductivity and Thermal Diffusivity by Modulated Temperature Differential Scanning Calorimetry, Annual Book of ASTM Standards.
  11. Brennan W.P., Miller B., Whitewell J.C. Thermal Conductivity Measurements with the Diflerential Scanning Calorimeter // J. Appl. Polym. Sci. 1968. Vol. 21. P. 1800— 1802.
  12. Chiu J., Fair P.G. Determination of thermal conductivity by differential scanning calorimetry // Thermochim. Acta. 1979. Vol. 34 (2). P. 267–273.
  13. Hakvoort G., van Reijen L.L. Measurement of the thermal conductivity of solid substances by DSC // Thermochim. Acta. 1985. Vol. 93 (15). P. 317–320.
  14. Boddington T. and Laye P.G. The measurement of thermal conductivity by differential scanning calorimetry // Thermochimica Acta. 1987. Vol. 115. P. 345–350.
  15. Khanna Y.P., Taylor T.J., Chomyn G. A new differential scanning calorimetry based approach for the estimation of thermal conductivity of polymer solids and melts // Polym. Eng. Sci. 1988. Vol. 28 (16). P. 1034–1041.
  16. Keating M.Y. and McLaren C.S. Thermal conductivity of polymer melts // Thermochimica Acta. 1990. Vol. 166. P. 69–76.
  17. Ladbury J.E.S.D., Currell B.R., Horder J.R., Parsonage J.R. and Vidgeon E.A. Application of DSC for the measurement of the thermal conductivity of elastomeric materials // Thermochimica Acta. 1990. Vol. 169. P. 39–45.
  18. Marcus S.M., Blaine R.L. Thermal conductivity of polymers, glasses and ceramics by modulated DSC // Thermochimica Acta. 1994. Vol. 243 (2). P. 231–239.
  19. Scherrenberg R., Mathot V., Steeman P. The applicability of TMDSC to polymeric systems. General theoretical description based on the full heat capacity formulation // Journal of Thermal Analysis. 1998. Vol. 54. P. 477–499.
  20. Blaine R.L., Marcus S.M. Derivation of temperaruremodulated DSC thermal conductivity equations // Journal of Thermal Analysis. 1998. Vol. 54. P. 467–476.
  21. Sindee L. Simon, Gregory B. McKenna. Measurement of Thermal Conductivity Using TMDSC: Solution to the Heat Flow Problem // Journal of Reinforced Plastics and Composites. 1999. Vol. 18 (6). P. 559–571.
  22. Merzlyakov M., Schick C. Thermal conductivity from dynamic response of DSC // Thermochimica Acta. 2001. Vol. 377. P. 183–191.
  23. Georgios Kalogiannakis, Danny Van Hemelrijck, Guy Van Assche. Measurements of Thermal Properties of Carbon/Epoxy and Glass/Epoxy using Modulated Temperature Differential Scanning Calorimetry // Journal of Composite Materials. 2004. Vol. 38 (02). P. 163–175.
  24. Volkan Cecen, Ismail H. Tavman, Mediha Kok, Yildirim Aydogdu. 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. Vol. 30 (9). P. 1299–1311.
  25. Yannan Lin, Zhenqi Shi, Peter L.D. Wildfong. Thermal conductivity measurements for small molecule organic solid materials using modulated differential scanning calorimetry (MDSC) and data corrections for sample porosity // Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis. 2010. Vol. 51. P. 979–984.
  26. Cristina M.A. Lopes, Maria Isabel Felisberti. Thermal conductivity of PET/(LDPE/AI) composites determined by MDSC // Polymer Testing. 2004. Vol. 23. P. 637–643.
  27. Masson J-F., Bundalo-Perc S., Mukhopadhyaya P. Measurement of thermal conductivity of building insulation foams by modulated differential scanning calorimetry — critical review & observations // Int. Rev. Appl. Sci. Eng. 2012. P. 157–162.
  28. Christian P. Camirand. Measurement of thermal conductivity by differential scanning calorimetry // Thermochimica Acta. 2004. Vol. 417.P. 1–4.
  29. Лавров И.В., Кочетыгов А.А., Бардушкин В.В., Яковлев В.Б. Об учете контактного термосопротивления между включениями и матрицей при прогнозировании эффективной теплопроводности композитов // Тепловые процессы в технике. 2020. Т. 12. № 2. C. 78–86.
  30. Лавров И.В., Кочетыгов А.А., Бардушкин В.В., Яковлев В.Б. Моделирование эффективной теплопроводности волокнистых композитов с учетом контактного термосопротивления между включениями и матрицей // Тепловые процессы в технике. 2021. Т. 13. № 3. C. 135–144.
  31. ГОСТ Р 57830-2017. Определение теплопроводности и температуропроводности методом дифференциальной сканирующей калориметрии с температурной модуляцией [Электронный ресурс] — Режим доступа. URL: https://docs.cntd.ru/document/1200157218 (дата обращения: 28.12.2021). Текст: электронный.

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2018-2024