Расширенное руководство по полимерам. Свойства термопластов. Часть 2

Типичный процессорный чип генерирует около 30 Вт энергии, в то время как новые чипы могут генерировать более 50 Вт. Неспособность удалить тепло, выделяемое этими чипами, значительно сокращает срок их службы. Гибкость конструкции, обеспечиваемая теплопроводящими термопластами, обеспечивает решения для повышенных требований к системам охлаждения чипа. На рынке освещения они также полезны. В этом случае улучшение тепловых характеристик термопластов за счет интеграции продукта и снижения затрат на изготовление может увеличить срок службы люминесцентных светильников. Таким образом, улучшение тепловых характеристик может привести к замене традиционных металлов в этих приложениях. В прошлом инженерные пластики заменяли металл в некоторых видах продукции в отдельных отраслях, обеспечивая улучшение тепловых свойств. Возможность подготавливать и смешивать свойства материалов путем выбора пластмасс с добавками, наполнителями и армирующими элементами позволила развить гибкость, присущую термопластам, для удовлетворения эксплуатационных требований, требуемых в самых различных применениях.

Удельная теплоемкость или теплоемкость единицы массы материала – это количество энергии, необходимое для повышения его температуры на 1 градус по Цельсию. Её можно измерить либо при постоянном давлении, либо при постоянном объеме. При постоянном давлении она может быть больше, чем при постоянном объеме, потому что требуется дополнительная энергия, чтобы вызвать изменение объема по отношению к внешнему давлению. Удельная теплоемкость аморфных пластиков увеличивается с температурой примерно линейно ниже и выше температуры стеклования, но ступенчатое изменение происходит вблизи этой температуры. С кристаллическими типами такого перехода не происходит. Для пластиков удельная теплоемкость обычно указывается при нагреве с постоянным давлением. Пластмассы отличаются от традиционных конструкционных материалов тем, что их удельная теплоемкость чувствительна к температуре. В то время как удельная теплоемкость является мерой энергии, температурная проводимость является мерой скорости, с которой энергия передается через данный пластик. Это напрямую связано с технологичностью. Этот показатель также определяет скорость изменения пластика во времени. Хотя эта функция зависит от теплопроводности, удельной теплоемкости при постоянном давлении и плотности, которые все зависят от температуры, температурная проводимость относительно постоянна.

Коэффициент линейного теплового расширения – ещё один важный показатель для эксплуатационных характеристик термопластичных материалов. Как и металлы, пластмассы обычно расширяются при нагревании и сжимаются при охлаждении. Обычно изменение температуры у термопластов выше, чем у металлов. Коэффициент линейного теплового расширения – это отношение изменения линейного размера к исходному размеру материала на единицу изменения температуры. Обычно указывается в мм/м или в дюймах на фут для североамериканских систем. Если пластмассовое изделие может свободно расширяться и сжиматься, его свойство теплового расширения обычно не имеет большого значения. Коэффициент линейного теплового расширения является важным соображением, если соединяются разнородные материалы, например, такие, как пластик с металлом. Комбинированные изделия должны быть собраны там, где расширение или сжатие материала ограничено. Тип пластика и содержание армирующих элементов (стекловолокно, алюминиевая фольга), а также его молекулярная ориентация, влияет на коэффициент линейного теплового расширения.

Это особенно важно, если температурный диапазон включает в себя тепловой переход, такой как при наступлении температуры стеклования. Продукты должны учитывать изменения размеров, которые могут произойти во время изготовления и в течение срока использования. При не совпадающих коэффициентах линейного теплового расширения может произойти разрушение пластика от таких факторов, как растрескивание или коробление. Изменение температуры приводит к возникновению тепловых напряжений в продукте. Величина этих напряжений будет зависеть от изменения температуры, метода скрепления и относительного расширения, а также характеристик модуля двух материалов в точке воздействия тепла. Обычно все эти данные по изменениям размеров доступны у поставщиков материалов, и получить их достаточно легко. Таким образом остаётся применить логический подход и понять, что может произойти при сочетании тех или иных материалов.