CC BY
0
УДК 536.2
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ФРАКЦИОННОГО СОСТАВА НАПОЛНИТЕЛЯ НА ЭФФЕКТИВНУЮ ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ КОМПОЗИТА
Е. Г. Даниленко Научный руководитель - С. В. Телегин
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
*E-mail evg.danilenko@mail.ru
В данной работе приведены результаты исследования теплопроводности первого слоя радиационно-защитного экрана, который выполнен из смеси порошка карбида бора различных фракций и эпоксидной смолы ЭД-20 в весовом соотношении 1:1.
Ключевые слова: радиационная защита, теплопроводность, композитный материал, фракционный состав, карбид бора.
STUDY ON THE INFLUENCE OF FILLER FRACTIONAL COMPOSITION ON THE EFFECTIVE THERMAL CONDUCTIVITY OF THE COMPOSITE MATERIAL
E. G. Danilenko* Scientific supervisor - S. V. Telegin
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarskii rabochii prospekt, Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation *E-mail evg.danilenko@mail.ru
This paper describes the results of a study of the thermal conductivity of the first layer of a radiation-protective screen, which is made of a mixture of boron carbide powder of various fractions and epoxy resin ED-20 in a weight ratio of 1:1.
Keywords: radiation protection, conductance, composite material, fractional composition, boron carbide.
Разработка радиационного экрана (РЭ) для защиты электронных устройств космического аппарата (КА) - задача, которая до настоящего времени остается актуальной в космической промышленности.
Множества заряженных и не заряженных частиц в околоземном пространстве, а также солнечное электромагнитное излучение (ЭМИ) оказывают негативное воздействие на материалы КА.
Воздействие электронов космической среды, вызывает различные радиационные эффекты, в том числе и радиационный разогрев, который в материалах с низкой теплопроводностью может локально достигать нескольких сотен градусов.
В работе исследовалась теплопроводность первого слоя радиационно-защитного экрана, который выполнен из смеси порошка карбида бора различных фракций и эпоксидной смолы
ЭД-20.
Эпоксидная смола ЭД-20 представляет собой синтетический материал с диэлектрическими свойствами. Коэффициент ее теплопроводности X = 0,02 - 3,0 Вт/(м • К) и плотность 1,18 г/см3 [1,2].
Секция «Перспективные материалы и технологии»
Карбид бора является химическим соединением В4С с плотностью 2,52 г/см и теплопроводностью при 300 К около 121 Вт/(м • К) [3]. По твердости уступает только алмазу и кубическому нитриду бора.
Исследованию подвергались образцы в виде пластин 70х70 мм и толщиной около 0,6 мм с различным фракционным составом наполнителя В4С. Общее содержание по весу 1:1 матрицы и наполнителя в композите не изменялось. Так же были изготовлены и исследованы образцы со смесями фракций - доля крупной фракции (F150, F230) замещалась мелкой (F1500).
В табл. 1 представлены размеры фракций, заявленные производителем. F1200 самая мелкодисперсная из исследуемых фракций.
Размер фракций от производителя
Таблица 1
Зернистость по Fepa Основной размер фракций (мкм)
F150 100-80
F230 50-40
F500 20-14
F1200 2,5-3,5
F1500 1,6-2,4
Значения эффективной теплопроводности вычислены по ГОСТ 7076-99 [4].
10 -|
9-
8- --
о
7- II
6- <1
О
00 5-
-<
4-
3-
2-
«
F150+F1500
F230+F1500
F150
F230
F500
F1200
F1500
ЭД-20
-2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 Доля фракции Р1500 в общем составе В4С, %
Рис. 1. Зависимости эффективной теплопроводности от фракционного состава наполнителя
Чистая эпоксидная смола ЭД-20 из предыдущих работ имеет значение X = 1,73±0,02 Вт/(мК) [5]. При введении карбида бора в эпоксидную смолу эффективная теплопроводность композита повышается. Композиты с крупной фракцией имеют теплопроводность выше, чем с мелкой фракцией. Введение мелкой фракции F1500 уменьшает теплопроводность композита с F150 на 54 %, а с F230 увеличивает на 7 %. По всей видимости, это связанно с увеличением количества переходов наполнитель-матрица,
потому что у Б150 средний размер 90 мкм, а у Б230 - 45 мкм, что требует дополнительных исследований и подтверждений.
Библиографические ссылки
1. Чудновский А. Ф., Теплофизические характеристики дисперсных материалов. М.: гос. Издательство физико-математической литературы, 1962. 456 с.
2. Орлов М. Е., Теоретические основы теплотехники. Тепломассообмен: учебное пособие. Ульяновский гос. техн. ун-т. - Ульяновск: УлГТУ, 2013. 204 с.
3. Охотин А. С., Теплопроводность твердых тел / А. С. Охотин, Р. П. Боровикова и др. // Справочник. М.: Энергоатомиздат, 1984. 320 с.
4. ГОСТ 7076-99. Метод определения теплопроводности и термического сопротивления при стационарном тепловом режиме. Введен 20 мая 1999. М.: Издательство стандартов, 1999. 13 с.
5. Даниленко Е. Г., Никитина А. Е., Сафронова А. А. Исследование влияния функциональных добавок в композиционном слое радиационного экрана // Решетневские чтения : материалы XXIII Междунар. науч.-практ. конф.. посвящ. памяти генерального конструктора ракетно-космических систем академика М. Ф. 23 Решетнева (11-15 нояб. 2019, г. Красноярск) : в 2 ч. / под общ. ред. Ю. Ю. Логинова. -; СибГУ им. М. Ф. Решетнева. -Красноярск. 2019. - Ч. 1. С. 547-549.
© Даниленко Е. Г., 2022
