Влияние углеродных волокон на коэффициент теплопроводности полимерных композитов конструкционного назначения

Статья посвящена актуальной на сегодняшний день проблеме создания высокопрочных конструкционных материалов с повышенной теплопроводностью. Детали и узлы из полимерных материалов в процессе эксплуатации испытывают тепловые нагрузки. Выделяющееся тепло необходимо отводить в окружающее пространство, в противном случае детали и узлы из полимерных материалов перегреваются, что снижает надёжность их работы. Эта проблема решается использованием полимерных материалов с высоким коэффициентом теплопроводности. Эффективным способом повышения их теплопроводности является модификация свойств базовых полимеров путем введения наполнителей с высокой теплопроводностью. Выбором типа наполнителя, изменением его содержания и морфологии можно целенаправленно изменить теплопроводность полимерного композита. Наиболее перспективными для этих целей являются углепластики на основе фенилона, наполненные короткими углеродными волокнами. В работе исследована теплопроводность полимерных композитов на основе фенилона, наполненных углеродными волокнами. Показано, что значение коэффициента теплопроводности углепластиков на основе фенилона обусловлено теплопроводностью фенилона, описанной уравнением Дебая, и характером пространственного распределения углеродных волокон.

The article is devoted to the current problem of creating high-strength structural materials with increased thermal conductivity. Parts and assemblies made of polymer materials experience thermal stress during operation, which leads to their overheating. The generated heat must be removed to the surrounding space, otherwise the parts and assemblies made of polymer materials overheat, which reduces the reliability of their operation. This problem is solved by using polymer materials with a high coefficient of thermal conductivity. An effective way to increase their thermal conductivity is to modify the properties of the base polymers by introducing fillers with high thermal conductivity. Changing its content and morphology by choosing the type of filler, it is possible to change purposefully the thermal conductivity of the polymer composite. Phenylene-based carbon plastics filled with short carbon fibers are the most promising for these purposes. The thermal conductivity of polymer composites based on phenylene filled with carbon fibers is investigated. It is shown that the value of the thermal conductivity coefficient of carbon fiber plastics based on phenylene is due to the thermal conductivity of phenylene, well described by the Debye equation and the nature of the spatial distribution of carbon fibers.