К вопросу о теплопроводности полимеров, подвергнутых воздействию постоянным магнитным полем* Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

УДК 621.016

К ВОПРОСУ О ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ПОЛИМЕРОВ, ПОДВЕРГНУТЫХ ВОЗДЕЙСТВИЮ

ПОСТОЯННЫМ МАГНИТНЫМ ПОЛЕМ*

А.П. Новиков, В.М. Попов

Экспериментально установлено влияние магнитного поля на теплопроводность полимеров. Упорядочение структуры полимеров под воздействием магнитного поля приводит к повышению их теплопроводности

Ключевые слова: коэффициент теплопроводности, магнитное поле, напряженность, полимер, прочность, клеевое соединение

Исследованиями установлено, что воздействие магнитного поля приводит к созданию ориентированного состояния в полимерах и соответственно повышает, в частности, их твердость [1]. Научный и практический интерес представляет также вопрос о влиянии магнитного поля на теплопроводность полимеров.

Существующие на сегодняшний день теории теплопроводности полимеров [2,3] имеют одно общее начало, полагая, что в полимерах наблюдается два типа связей - вдоль цепных макромолекул и между ними. Поскольку при воздействии на полимер магнитным полем достигается упорядочение структурных элементов с одновременным повышением однородности структуры полимера, то следует ожидать также изменения его теплопроводности. Для подтверждения высказанных предположений требуется постановка специальных опытов.

Опыты проводились с композицией смолы ЭДП и 10% по объему полиэтиленполиамина (ПЭПА), а также эпоксидно - полисульфидным клеем марки К - 153. Выбор исследуемых образцов объясняется тем, что данные полимерные композиции относятся к классу аморфных термореактопла-стов, которые находят широкое применение как полимерные материалы и клеи.

Обработка образцов в виде полимерных прокладок в неотвержденном состоянии толщиной 1 -1,5 мм, помещенных во фторопластовые кюветы, с поверхностями покрытыми антиадгезивом, производилась в постоянном магнитном поле на стенде, состоящем из электромагнита, питающегося от источника постоянного напряжения. Кювета с образцом помещалась вместе с нагревательным устройством между полюсами электромагнита, создающего магнитное поле с индукцией до 27 104 А / м. Время обработки магнитным полем не превышало 20 минут, температура отверждения полимерной композиции поддерживалась в пределах 600С. Приготовленные таким способом полимерные прокладки подвергались затем плавному охлаждению.

* Работа выполнена при поддержке РФФИ (проект № 10 - 08 - 00087)

Новиков Алексей Петрович - ВГЛТА, доцент тел. (4732) 537308

Попов Виктор Михайлович - ВГЛТА, д-р техн. наук, профессор, тел. (4732) 537308

На втором этапе исследований магнитообработанные образцы испытывались на теплопроводность. Исследовалось влияние магнитного поля на коэффициент теплопроводности образцов. Исследования проводились в режиме нестационарного температурного поля на установке, функционирующей по методу двух температурно - временных интервалов [4].

Результаты проведенных исследований представлены в табл. 1.

Таблица 1

Зависимость коэффициента теплопроводности полимерной композиции от напряженности посто-

янного магнитного поля

Марка поли- мер- ной компо- зиции Коэффициент теплопроводности полимерной композиции X, Вт / м ■ К при напряженности магнитного поля Н -10-4,А/м

0 6,4 10,8 16 20,8 24

+ < с с ч т т с 0,185 0,19 0,2 0,215 0,255 0,256

К - 153 0,19 0,2 0,21 0,23 0,259 0,26

Приведенные в табл. 1 результаты исследований свидетельствуют о повышении теплопроводности магнитообработанных полимерных прокладок по сравнению с необработанными. Также видно, что увеличение напряженности магнитного поля сопровождается повышением теплопроводности полимера. Отмеченный эффект справедлив для различных по природе полимеров.

Микрофотографии полимерной композиции ЭДП + ПЭПА: 1 - до обработки; 2 - после обработки магнитным

полем напряженностью Н = 16 • 104 А / м

Для объяснения механизма процесса увеличения теплопроводности полимеров при воздействии постоянным магнитным полем проведены исследования микроструктуры магнитообработанной полимерной композиции ЭДП + ПЭПА. На электронном растровом микроскопе 1ео1ю 6380 - Lf с возможным максимальным увеличением 3 нм получены микрофотографии структуры исходной и обработанной в магнитном поле полимерной композиции. На снимках наглядно просматривается изменение пространственной структуры макромолекул полимера под воздействием магнитного поля. Наблюдается образование ориентированных структур из макромолекул в направлении силовых линий магнитного поля. Отсюда, как отмечалось выше, должна возрастать теплопроводность в целом полимера.

Условия эксплуатации различных технических систем, в которых применяются полимерные материалы, наряду с повышением теплопроводности требуют также увеличения их прочности. Это особенно актуально для клеевых соединений. Для выяснения вопроса, какое влияние оказывает магнитное поле на клеевую прослойку соединений на клеях были проведены специальные испытания образцов в виде склеек, где в качестве субстратов выступали пластины из стали 12Х18Н10Т и адгезива - клей марки К - 153. Толщина клеевой прослойки выдерживалась в пределах 0,5 + 1мм . Обработка в магнитном поле проводилась по аналогичной с полимерными прокладками методике.

Таблица 2

Зависимость предела прочности на сдвиг при сжатии клеевого соединения на основе клея К - 153

от напряженности магнитного поля

Напряженность магнитного поля H-10-4А/м 0 6,4 10,7 16 20,8 24,2

Предел прочности на сдвиг при сжатии т, МПа 6,5 7,5 8,5 9,3 10,1 10,3

Как видно из табл. 2, воздействие магнитным полем на клей значительно повышает прочность клеевого соединения на основе этого клея.

Таким образом, приведенные выше данные исследований открывают перспективу проводить направленную модификацию физико - механических свойств полимерных материалов и клеев путем воздействия магнитным полем на полимер в неотвержденном состоянии.

Литература

1. Молчанов Ю.М., Кисис Э.Р., Родин Ю.П. Структурные изменения полимерных материалов в магнитном поле // Механика полимеров. 1973. №4. С. 737 - 738.

2. Новиченок Л.Н., Шульман З.П. Теплофизические свойства полимеров. Минск: Наука и техника, 1971.120 с.

3. Годовский Ю.К. Теплофизические методы исследования полимеров. М.: Химия, 1976. 216 с.

4. Волькенштейн В.С. Скоростной метод определения теплофизических характеристик материалов. Л.: Энергия, 1971. 145с.

Воронежская государственная лесотехническая академия

TO THE QUESTION OF HEAT CONDUCTIVITY OF POLYMERS, PROCESSED BY CONSTANT

MAGNETIC FIELD

A.P. Novikov, V.M. Popov

Influence of magnetic field on polymer heat conductivity is determined experimentally. Ordering of polymer structure under the influence of magnetic field leads to increase of their heat conductivity

Key words: index of heat conductivity, magnetic field, intensity, polymer, strength, glue joint