Способ определения теплофизических характеристик полимерных материалов

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветсникСоциапистнчесникРеспублик и 934335(22)Заявлено 09.10.79 (21) 2826064/18-25 с присоединением заявки рФ(23) Приоритет твеударствеккьж квинтет СССР ао делен иэебретений к открытки(088.,8) Дата опубликования описания 07.06 .82(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИ ХАРАКТЕРИСТИК ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛ Изобретение относится к области теплометрии и может быть использовано при измерении таких характеристик полимерных композиционных материалов как коэффициенты теплопроводности и теплоотдачи.Известен способ, в котором для измерения коэффициентов теплопроводности и теплоотдачи какого-либо материала необходимо создать тепловой поток через исследуемый образец и измерить в определенных точках температуру образца, а также окружающей среды 11.Основными недостатками известного способа являются потери тепла через контактные сопротивления при установлении стационарного (или нестационарного) потока через образец, продолжительность эксперимента и сложное аппаратурное оснащение для поддержания одномерного теплового потока через образец при исследовании стационарным методом. Наиболее близким к предлагаемому является способ определения теплофизических характеристик полимерных ма" териалов, заключающийся в нагреве образца, выдержке при нагреве до установления стационарного теплового потока через образец и измерении перепада температур в образце и окружающей среде, по которым определяют теплофиэические характеристики 2. Однако и этот способ обладает недостатком, так как обработка результатов измерений и расчет теплофизических параметров вещества по этому спо 5собу весьма трудоемки и требуют построения градуировочных графиков длякаждого исследуемого вещества,Цель изобретения - упрощение и поовышение точности определения за счетисключения потерь тепла через контактные сопротивления при создании стационарного теплового потока через образец,39343Поставленная цель достигается тем. что в способе определения теплофиэи" ческих характеристик полимерных материалов, заключающемся в нагреве образца, выдержке при нагреве до установле .ния стационарного теплового потока через образец, измерении перепада температур в образце, по которым определя" ют теплофизические характеристики, образец выполняют в виде призмы прямоЧЭ угольного сечения с теплоизолирован" ными поверхностями граней, кроме одной или двух противоположных, нагрев 1проводят путем возбуждения в образце вынужденных гармонических колебаний, 1 з сначала с непрерывным повышением амплитуды до значения, при котором происходит изменение резонансной частоты во времени, затем постепенно уйеньшают амплитуду до -значения, при м котором прекращается изменение резонансной частоты, что свидетельствует об установлении стационарного теплового потока через образец 3, измеряют параметры деформирования об-И раэца и по полученным данным, по перепаду температур, в образце и по температуре окружающей среды определяют коэффициенты теплопроводности и теплоотдачи полимерного материала. зеПредлагаемый способ измерения теплофизических параметров полимерных материалов, особенно композиционных основан на использовании явления саморазогрева при вибрационном воздействии на материал и может быть осуществлен эа короткий промежуток времени порядка 15 мин. В образце полимерного материала,. подвергаемого циклическому деформированию, часть энергии деформирования рассеивается в виде тепла за счет работы сил внутреннего трения, при этом чем выше амплитуда деформирования, тем больше тепловыделение в образце. 35При проведении теплофизических испытаний используют образец в видестержня прямоугольного сечения. Дляизмерения параметров деформированияизмеряют перемещения закрепленного(О) и пригруженного концов стержня (О 1), сдвиг фаз между ними, по.максимуму отношения Ки, = И )Оо ипо сдвигу фаэ 990 определяют 4% первую резонансную частоту 1 Р послечего рассчитывают упругую составляю-,щую Е комплексного модуля упругости Е+= Е (1 + 11) и тангенс углапотерь ЦРр5 ъию р) Йи где ) - плотность материала;"йо 1 д) и Сор) - табилированные параметры,Эти же величины необходимы для определения количества тепла Ц, выдеЕсли же образец выполнить в виде стержня прямоугольного сечения и частично теплоизолировать, оставив свободной одну или две противоположных грани, то образуемое в процессе ,ф деформирования тепло выделяется в окружающую среду только через свободные поверхности, т.е. создается одномерный тепловой поток, через образец. При возбуждении в таком образце 55 колебаний большой амплитуды тепло- выделение в образце заметно больше теплоотдачи, что достаточно точно фиксируется путем измерения первой резонансной частоты образца, однозначно связанной с динамическим модулем упругости материала и уменьшающейся во времени вследствие, разогрева образца. Если сначала возбуждать в образце колебания большой амплитуды, а затем постепенно уменьшать ее, то измеряя резонансную частоту образца в процессетакого деформирования можно точно установить момент, с которого все выделяемое в образце тепло через свободные поверхности выделяется в окружающую среду, т.е. прекращается дальнейший разогрев материала образца, что соответствует прекращению изменения резонансной частоты образца во времени. Установившийся таким образом стацио нарный тепловой поток легко определяется по параметрам деформирования образца, Измеряя температуру окружающей среды, свободной поверхности образца и сечения, в котором начинается тепловой поток среднее сечение для образца с двумя противоположнымИ свободными от тепла изоляции гранями, для образца с одной свободной грэ. нью - противоположная теплоизолирован. ная грань), определяют коэффициенты теплоотдачи и теплопроводности исследуемого материала,Способ осуществляют следующим образом.