138
.pdfМИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ Г.Ф. МОРОЗОВА
В. М. Попов
Влияние физических полей на теплопроводность дисперснонаполненных полимерных материалов
Методические указания по самостоятельной работе аспирантов по направлению подготовки 03.06.01 Физика и астрономия (направленность программы теплофизика и теоретическая теплотехника)
Воронеж 2016
УДК 541.64
Попов, В.М. Влияние физических полей на теплопроводность дисперснонаполненных полимерных материалов. Методические указания по практической работе для аспирантов по направлению подготовки 03.06.01 Физика и астрономия (направленность программы теплофизика и теоретическая теплотехника) [Электронный ресурс] / В.М. Попов // М-во образования и науки РФ, ФГБОУ ВО «ВГЛТУ». Воронеж, 2016 г.
Печатается по решению редакционно-издательского совета ФГБОУ ВО «ВГЛТУ» (протокол № от )
Рецензент: д.т.н., профессор, заведующий кафедрой промышленной экологии и безопасности жизнедеятельности ВГТУ, Н.В. Мозговой
1. ВВЕДЕНИЕ
Под физическим воздействием на теплопроводность дисперснонаполненных полимерных материалов понимаются процессы структурных изменений в сторону построения стержневых образований из частиц металлического порошка в полимерной матрице.
В курсе дисциплины «Влияние физических полей на теплопроводность дисперснонаполненных полимерных материалов» самостоятельно изучаются основы создания высокотеплопроводных тонкослойных полимерных материалов с повышенными механическими свойствами.
2. ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ К ИЗУЧЕНИЮ КУРСА
Для успешного изучения данного курса кроме общетехнических дисциплин аспирант должен обладать информацией о физике полимеров, теплофизике, физических полях. Из общего курса дисциплины в 108 часов 36 часов отводится на самостоятельное изучение материала.
3. СОДЕРЖАНИЕ РАЗДЕЛОВ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО ИЗУЧЕНИЯ МАТЕРИАЛА
3.1. Введение
Во введении аспирант знакомится с проблемой повышения теплопроводности полимерных материалов и состоянием данного вопроса на сегодняшний день. Выявляется основная причина малой эффективности роста теплопроводности при механическом наполнении полимерной матрицы металлическими порошками [1]. Обосновывается необходимость направленного структурирования частиц наполнителя в полимерной массе под энергетическим воздействием извне.
3.2. Полимеры как объект воздействия физическими полями.
В данном разделе аспирант самостоятельно с помощью имеющимися на сегодняшний день данными [2] должен показать, что полимеры в неотвержденном состоянии являются подходящим объектом для направленного структурирования дисперсных наполнителей металлического рода под воздействием магнитных, электрических полей, а также ультразвука.
3.3. Влияние физических полей на структуру дисперснонаполненных полимеров.
Основываясь на ранее полученных экспериментальных данных по вопросам воздействия на жидкие среды с твердыми микровключениями магнитными и электрическими полями [3], аспирант самостоятельно должен сделать вывод о возможности использования данного технологического приема для получения тонкослойных полимерных материалов со стержнями из контактирующих между собой частицами металлического порошка.
3.4.Влияние времени воздействия физическими полями на полимерную композицию.
При изучении данного раздела аспирант самостоятельно должен сделать вывод по влиянию магнитным или электрическим полем на процесс структурирования дисперснонаполненных полимерных композиций в виде тонкослойных образцов при воздействии физическими полями. Здесь необходимо учитывать способность полимеров к полимеризации, когда временной фактор занимает превалирующее положение. Наиболее оптимальный следует считать время обработки физическим полем в пределах
15-20 мин.
3.5.Влияние напряженности магнитного или электрического поля на полимерную композицию.
Как показывают результаты проведенных ранее экспериментальных исследований данный фактор является определяющим. Варьируя напряженностью физического поля, можно создавать тонкослойные полимерные прокладки с заданной теплопроводностью, т.е. создавать структурные образования с заранее рассчитанными стержневыми системами из частиц конкретной природы, концентрации и дисперсности.
Напряженность постоянного магнитного поля целесообразно не превышать 20·104 А/м и электрического поля 1800 В/см.
3.6.Формирование клеевых соединений на основе дисперснонаполненных полимеров с повышенной теплопроводностью и прочностью.
Путем самостоятельной проработки указанных выше факторов аспирант должен предложить технологию воздействия на полимерные клеи с металлическими порошковыми наполнителями магнитным или электрическим полем, в результате реализации которой клеевая прослойка должна иметь коэффициент теплопроводности не менее 1,2 … 1,3 Вт/м·К. При этом предел прочности на сдвиг для соединений из металлов не должен быть менее 10 … 12 МПа.
Для получения подобных показателей для клеевых соединений с дисперсными наполнителями аспиранту необходимо самостоятельно провести расчетные операции по процессам формирования структур из частиц наполнителя в полимерной матрице и выбрать оптимальный вариант.
3.7. Технико-экономические показатели предлагаемой технологии.
Получение полимерных материалов с повышенной теплопроводностью и заданными механическими характеристиками не должно превалировать для аспиранта при проведении самостоятельной работы над данным заданием. Не маловажным представляется получить хорошие технико-экономические показатели по предлагаемой технологии. Аспиранту следует в самостоятельном варианте по известным методикам получить готовую продукцию, отвечающую современным требованиям как по теплопроводности и прочности, так и по экономическим показателям, что способствовало бы надежной реализации на рынках сбыта.
Вопросы для самоконтроля:
1.В чем заключается сущность предлагаемого способа создания полимерного материала повышенной теплопроводности?
2.Какие металлические порошки по природе пригодны для обработки полимерной композиции в постоянном магнитном поле?
3.Какие металлические порошки по природе пригодны для обработки полимерной композиции в электрическом поле?
4.Как можно объяснить влияние временного фактора на образование высокой теплопроводной системы при воздействии на тонкослойную полимерную прокладку физическим полем?
5.Почему с повышением напряженности физического поля растет теплопроводность и прочность клеевого соединения с прослойкой на основе полимерного клея с металлическим порошком?
6.Как объяснить, что с достижением напряженности магнитного поля более 20·104 А/м прекращается рост теплопроводности полимерной прокладки или клеевой прослойки соединений на клеях?
7.Чем вызван рост коэффициента теплопроводности полимерной прокладки с порошковым наполнителем с увеличением концентрации наполнителя?
8.Влияет ли и как дисперсность наполнителя на теплопроводность системы при воздействии на нее физическими полями?
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1.Семенов, Б.А. Инженерный эксперимент в промышленной теплотехнике, теплоэнергетике и теплотехнологиях [Текст] / Б.А. Семенов. СПб., М., Краснодар: Лань, 2013. – 400 с.
2.Кудинов, В.А. Техническая термодинамика и теплопередача [Текст] / В.А. Кудинов, Э.М. Карташов, Е.В. Стефанюк. М.: Юрайт, 2013. – 566 с.
3.Воронежцев, Ю.И. Электрические и магнитные поля в технологии полимерных композитов [Текст] / ЮБ.И. Воронежцев, В.А. Гольдаде, Л.С. Пинчук, В.В. Снежков // сМинск: Наука и техника,
1990. – 263 с.
Виктор Михайлович Попов Влияние физических полей на теплопроводность
дисперснонаполненных полимерных материалов. Методические указания по самостоятельной работе аспирантов по
направлению подготовки 03.06.01 Физика и астрономия (направленность программы теплофизика и теоретическая теплотехника)