BADANIE CIEPLNE LAMINATÓW EPOKSYDOWO-SZKLANYCH STARZONYCH W WODZIE THERMAL RESERACH OF GLASS/EPOXY LAMINATED AGING IN WATER

Transkrypt

1 Andrzej PUSZ, Łukasz WIERZBICKI, Krzysztof PAWLIK Politechnika Śląska Instytut Materiałów InŜynierskich i Biomedycznych lukasz.wierzbicki@polsl.pl BADANIE CIEPLNE LAMINATÓW EPOKSYDOWO-SZKLANYCH STARZONYCH W WODZIE Streszczenie. W artykule przedstawiono wyniki badań przewodności cieplnej próbek z laminatu epoksydowo szklanego starzonych w wodzie o temperaturze 90 o C. Po określonym czasie starzenia próbki poddano suszeniu w temperaturze 60 o C przez 30 dni i zmierzono ich przewodność cieplną. THERMAL RESERACH OF GLASS/EPOXY LAMINATED AGING IN WATER Summary. The article presents results of the thermal conductivity of the glass-epoxy samples after boiling in water at 90 o C. After ageing time the samples were dried at 60 o C for 30 days and measured their thermal conductivity 1.WSTĘP Jednym z obszarów zastosowań laminatów epoksydowo szklanych jest przemysł jednostek i sprzętu pływającego oraz zbiorników i rurociągów do magazynowania i przesyłania płynów. W takich przypadkach istotną rolę odgrywa chłonność wody i innych substancji ciekłych przez laminat. Zjawisko spadku własności wytrzymałościowych pod wpływem oddziaływania, a w tym chłonności cieczy jest znane od dawna.[1]. Zapobiega się jej przez odpowiednią dla danego zastosowania preparację włókna, w tym przypadku szklanego. Absorpcja i oddziaływanie cieczy związane są z penetracją po powierzchni włókna cząsteczek cieczy równoznaczne jest z oddziaływaniem chemicznym na osnowę. Oznacza to utratę adhezji osnowy do włókna i osłabienie samej osnowy. Skutkiem tego następuje

2 328 A. Pusz, Ł. Wierzbicki, K. Pawlik spadek własności wytrzymałościowych laminatu. W laminatach pracujących w środowisku gazowym, np. powietrza - utratę adhezji moŝna ocenić na podstawie np. pomiarów termograficznych wykrywających spadek przewodności cieplnej. Obecność szczelin wypełnionych gazem zmienia układ faz w ośrodku jakim jest laminat. Z ośrodka dwu fazowego tworzy się układ trójfazowy na którego przewodność cieplną zastępczą wpływa obecność szczelin gazowych. Ze względu na znacznie mniejszą przewodność cieplną wszystkich gazów z stosunku do przewodności szkła i Ŝywicy nastąpi zmniejszenie przewodności cieplnej laminatu ze szczelinami dekohezyjnymi. Kiedy laminat pracuje w ośrodku cieczowym szczeliny dekohezyne wypełnione zostają cieczą. a osnowa wejdzie z nią w reakcję. W zaleŝności od przewodności cieplnej cieczy nastąpi odpowiednia zmiana przewodności cieplnej zastępczej. Aby ocenić rzeczywisty stopień dekohezji na podstawie zmian przewodności cieplnej laminat wymaga dokładnego wysuszenia. W ramach przeprowadzonych badań wykonano pomiary przewodności cieplnej próbek z laminatu epoksydowo szklanego starzonych w wodzie o temperaturze 90 0 C, a następnie suszonych w temperaturze 60 0 C przez 30 dni. WaŜono je podczas procesu starzenia i po starzeniu. 2 BADANIA WŁASNE 2.1 Cel badań Celem badań było określenie wpływu starzenia laminatów epoksydowo-szklanych w wodzie na wartość współczynnika przewodzenia ciepła. Zakres pracy obejmował zwaŝenie próbek po 30-dniowym suszeniu w piecu w temperaturze 60 C oraz przeprowadzenie badań cieplnych na stanowisku pomiarowym. 2.2 Badany materiał Badaniom zostały poddane próbki wycięte z płyt wykonanych z laminatu epoksydowo szklanego TSE-2 Produkcji IZO-ERG w Gliwicach. Wymiary badanych próbek to 25x250x4mm (rys.2).

3 Badanie cieplne laminatów Rys.2. Wymiary próbek do badań Fig.2. Sample dimension for analysis Do badań wybrano 55 próbek i posegregowano je w serie po 5 próbek. Seria A nie została poddana starzeniu i była serią porównawczą do dalszych badań. Pozostałe serie próbek zostały poddane starzeniu w wodzie o temperaturze 90 C. Czas starzenia kaŝdej serii próbek był zwiększany o 168 godzin: czas starzenia serii B to 168 godzin, serii C 336 godzin, seria D 504 godziny, seria E 672 godziny, seria F 840 godzin, seria G 1008 godzin, seria H 1176 godzin, seria I 1344 godziny, seria J 1512 godzin, seria K 1680 godzin. 2.3 Omówienie wyników badań WaŜenia próbek dokonano po 30-dniowym suszeniu w piecu w temperaturze 60 C. Wyniki pomiarów zostały porównane z wynikami waŝenia z przed starzenia. Masy próbek po starzeniu i po suszeniu podano w tabeli 1 Pomiary przewodności cieplnej zostały wykonane na stanowisku opisanym w [3].

4 330 A. Pusz, Ł. Wierzbicki, K. Pawlik Średnia masa oraz współczynnik przewodzenia Tabela 1 Seria Czas starzenia Waga pr. przed Waga pr. po Przew. ciepl. Przyrost godz starzeniem starzeniu W/mK wagi % A , B , ,3444 0, , C , ,7784 0, , D , ,8824 0, , E , ,603 0, , F , ,9062 0, , G , ,5885 0, ,11994 H , ,489 0, , I , ,3965 0, , J , ,9155 0, , K , , , ,1396 Wyniki pomiarów przewodności cieplnej przestawione są w tabeli 1 oraz na rys.2. Celem oceny zaleŝności przeprowadzono aproksymacje uzyskując funkcję w postaci: Y = 0, B3,40799E-4*X + 2,06933E-7*X2, (1) gdzie Y- przewodność cieplna, X- czas starzenia Współczynnik determinacji R 2 jest równy 0,430. Ze względu, Ŝe stwierdzono niewielki przyrost wagi próbek suszonych wyniki pomiarów przyrostu wagi przedstawiono na rys. 3. Równanie korelacji krzywej z rys. 3 przedstawiono poniŝej. Y=0, ,08233e (-X/386,7649) : (2) gdzie Y przyrost wagi, X- czas starzenia, Współczynnik determinacji wynosi: R 2 = 0,669

5 Badanie cieplne laminatów ,6 Przewodność cieplna W/mK 0,5 0,4 0, Czas starzenia godz Rys. 2. ZaleŜność przewodności cieplnej od czasu starzenia Fig. 2. Influence of the boiling time influence on the heat conduction 0,18 0,16 0,14 Przyrost wagi % 0,12 0,10 0,08 0,06 0,04 0, Czas starzenia godz. Rys.3. ZaleŜność przyrostu wagi próbek od czasu starzenia po suszeniu Fig. 3. Influence of the boiling time influence on the weight gain

6 332 A. Pusz, Ł. Wierzbicki, K. Pawlik 3.WNIOSKI KOŃCOWE Na podstawie przeprowadzonych badań moŝna wysunąć następujące wnioski: 1. Mimo 30 dniowego suszenia próbek waga ich pozostała nieco większa niŝ w próbkach przed starzeniem. 2. Na podstawie przeprowadzonych badań zaobserwowano wpływ czasu starzenia na wartość współczynnika przewodzenia ciepła. Ze względu na niejednoznaczną ocenę zaplanowano weryfikację badań w dalszych próbach termowizyjnych. Praca sfinansowana z projektu badawczego PBU-16/RMT-1/2007 BIBLIOGRAFIA 1. Czub P., Bończa-Tomaszewski Z., Penczek P., Pielichowski J.; Chemia i technologia Ŝywic epoksydowych. WNT Warszawa Pusz A., Michalik K., Szymiczek M.: ZałoŜenia konstrukcyjne i metodologiczne konstrukcji aparatu do pomiaru własności cieplnych laminatów wzmocnionych włóknem szklanym. Monografia: Polimery i kompozyty konstrukcyjne, Wyd. Logos Press, Cieszyn Dobrzański L.A.: Podstawy nauki o materiałach i Metaloznawstwo, WNT Warszawa, Dobrzański L.A.: Niemetalowe materiały inŝynierskie Wyd. Pol.Śl, Gliwice PN-EN 12667: 2002: Właściwości cieplne materiałów i wyrobów budowlanych; Określenie oporu cieplnego metodami osłoniętej płyty grzejnej i czujnika strumienia cieplnego. Wyroby o duŝym i średnim oporze cieplnym. 6. ASTM: E Standard test metod for thermal conductivity of solids by means of the guarded-comparative-longitudinal heat flow technique.