Введение к работе
Актуальность работы. Высокопрочные полимерные композиционные материалы (ПКМ) и, прежде всего, криостойкие стеклопластики нашли широкое применение в конструкциях высоконагруженных теплоизолирующих опор и подвесок криогенного оборудования, в качестве низкотемпературных электроизоляторов, материалов оболочек емкостей и трубопроводов для хранения и транспортировки криогенных жидкостей
К настоящему времени накоплен большой объем данных по коэффициентам теплопроводности (КТ) и термическим деформациям стеклоэпоксидов Но практически отсутствуют данные, особенно в области гелиевых температур, по термическим коэффициентам линейного расширения (ТКЛР) и теплоємкостям стеклоэпоксидов, которые необходимы для анализа деформаций и теплообмена в конструкциях криогенной техники Существующие физические представления позволяют вычислить упруго-прочностные и теплофизические свойства композитов Однако точность расчетов существенно ограничивается отсутствием подробной информации о физических свойствах компонентов и деталях межфазного взаимодействия Поэтому комплексное исследования механических и теплофизических свойств стеклопластиков криогенного назначения и их компонентов, а так же обобщение экспериментальных данных расчетными соотношениями является актуальной задачей
Целью диссертационной работы является разработка
экспериментальных методик и проведение в диапазоне температур 5 - 300 К
систематического экспериментального исследования комплекса
теплофизических свойств стеклоэпоксидов и эпоксидных связующих для решения задач, связанных с обоснованием работоспособности криогенных установок и низкотемпературных устройств различного назначения
Научная новизна диссертационной работы. В исследованиях автора
Разработаны экспериментальные методики и создан комплекс установок для исследования теплофизических и упругих свойств ПКМ при криогенных температурах и изучены его метрологические характеристики,
Получены новые экспериментальные данные по термическому расширению, теплопроводности, теплоемкости и упругим модулям стеклоэпоксидов и эпоксидов в диапазоне температур 5 - 300 К,
3. Предложены расчетные соотношения для определения термического расширения, теплопроводности и теплоемкости стеклоэпоксидов при криогенных температурах, позволяющие существенно сократить объем экспериментальной работы по исследованию теплофизических свойств стеклоэпоксидов,
4 Выполнен теоретический анализ теплоемкости, теплопроводности и термического расширения эпоксидных смол при криогенных температурах В диапазоне температур 5 - 300 К определены функции Грюнайзена исследованных эпоксидов Проведена оценка вкладов частей модельного колебательного спектра эпоксидов в термическое расширение
Практическая ценность работы. Надежные данные по теплофизическим и упругим свойствам стеклопластиков необходимы при разработке криогенного оборудования Поэтому развитие эффективных экспериментальных методик и создание комплекса установок для проведения исследований теплофизических и упругих свойств стеклопластиков, проведение исследований и обобщение их расчетными соотношениями имеет несомненную практическую ценность
Результаты настоящей работы использовались в НПО «КРИОГЕНМАШ» при оптимизации высоконагруженных теплоизолирующих опор и подвесок, а так же в ИФВЭ при анализе температурных режимов элементов сверхпроводящих магнитов В «ЦНИИСМ» была введена в эксплуатацию разработанная автором дилатометрическая установка для исследования термического расширения композиционных материалов криогенного назначения Компьютеризированный комплекс для измерений теплофизических и упругих свойств твердых тел используется в лабораторных практикумах на кафедре теплофизики МИФИ
Достоверность полученных результатов подтверждается
тарировочными измерениями, сравнением экспериментальных и теоретических результатов с данными других авторов.
Автор защищает:
Экспериментальные методики и комплекс установок для измерения коэффициента теплопроводности, термического коэффициента линейного расширения и удельной теплоемкости в диапазоне температур 5 - 300 К,
Результаты экспериментального исследования теплофизических свойств эпоксидов и эпоксидных стеклопластиков в диапазоне температур 5 - 300 К,
Расчетные рекомендации для определения теплофизических свойств стеклоэпоксидов при криогенных температурах,
Результаты теоретического анализа теплоемкости, теплопроводности и термического расширения эпоксидных смол при криогенных температурах
Вклад автора. Изложенные в работе результаты получены автором лично, или в соавторстве при его участии
Апробация работы. Результаты работы докладывались автором на научно-практической конференции материаловедческих обществ России «Новые функциональные материалы и экология» (26-29 ноября 2002 г Звенигород), Научной сессии МИФИ 2003, 2005, 2007гг, XI Российской конференции по теплофизическим свойствам веществ (4-7 октября 2005 г, Санкт-Петербург), опубликованы в журналах «Инженерная физика» и «Вестник международной академии холода».
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 работ Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 85 наименований и приложения Текст работы изложен на 118 страницах, содержит 56 рисунков и 10 таблиц
