Определение коэффициента термического линейного расширения композиционных полимерных материалов на основе терморасширенного графита

уплотнений из ТРГ – прокатку и прессование [35]. Из сформированного экструдата в виде прутка были изготовлены образцы (рис. 1), при этом образец №1 был ориентирован в направлении, перпендикулярном направлению экструзии, а образец №2 – в направлении экструзии.

Рис. 1. Схема формирования испытуемых образцов

Исследование образцов, имеющих разную ориентацию, обусловлено тем, что в процессе экструзии, так же как и при прессовании, чешуйки графита перестраиваются в плоскостях, находящихся под определенным углом к направлению экструдирования [6]. При этом стоит учитывать, что, как правило, угол поворота плоскостей соответствует 1/2 конусного угла экструзионной головки [7]. ТКЛР композита для образцов №1 и №2 определялся на дилатометре, схема которого представлена на рис. 2.

Рис. 2. Дилатометр:

1 – корпус дилатометра; 2 – индикаторная головка; 3 – кварцевый переходный элемент; 4 – кварцевая пробирка; 5 – кварцевый толкатель

Перед началом испытания измеряли длину исследуемого образца с точностью до ±0,01 мм. Собрали измерительный узел на базе индикатора часового типа; испытуемый образец поместили в кварцевую пробирку 4 . В кварцевую пробирку ввели кварцевый толкатель 5 . Кварцевую пробирку 4 с образцом и кварцевым толкателем 5 вставили в переходный элемент 3 . В переходный элемент 3 с другой стороны ввели неподвижную ось измерительного прибора 2 . Закрепили винтами в переходнике 3 кварцевую пробирку 4 с образцом и кварцевым толкателем 5 и неподвижную ось индикатора 2 . Ввели кварцевую пробирку 4 в боковое отверстие печи дилатометра до находящегося на переходном элементе 3 упора. Включили печь, задали требуемую температуру 500°С и мощность нагрева печи. Фиксировали показания через интервалы времени – 5 мин. После достижения установленной температуры выключили печь и записали показания при последовательном медленном охлаждении образца (также с интервалом 5 минут). По результатам измерений, фиксируемых индикатором 2 , построили дилатометрические кривые.

Расчет ТКЛР, °С, произвели по формуле:

α =

∆ L

L 0 ⋅∆ T

+ 0,55 ⋅ 10 ^{- 6}

где Δ L – изменение длины образца в интересующем диапазоне температур, мм; L 0 – начальная длина образца, мм; Δ T – разность температур образца, в диапазоне которых необходимо произвести расчет ТКЛР, °С; 0,55х10^-6 – коэффициент линейного расширения кварцевого стекла, °С. Учитывает поправку от расширения кварцевой пробирки, которое на длине образца не компенсируется расширением кварцевого толкателя.

На рис. 3 и рис. 4 показаны характерные зависимости ТКЛР полимерного композиционного материала с соотношением компонентов

ТРГ и связующего 70: 30 (об.) от температуры при нагревании (в диапазоне ≈20-470оС).

Рис. 3. График зависимости ТКЛР от температуры (в диапазоне 28-472°С) при нагревании образца №1.

Рис. 4. График зависимости ТКЛР от температуры (в диапазоне 26-464°С) при нагревании образца №2

Выводы: проведенные исследования подтверждают, что композиционный материал обладает выраженной анизотропией свойств. Величина температурного коэффициента линейного расширения в направлении, перпендикулярном направлению экструзии по результатам испытаний составляет ~3,89 ∙ 10^-6 °С, а в направлении экструзии - ~21,65 ∙ 10^-6 °С.