8. Тепловые свойства

Важными характеристиками волокон и нитей являются их стойкость к действию высоких температур, вызывающих изменение структуры и в конечном итоге разрушение (деструкцию) материала. К ним относят теплостойкость, термоустойчивость и огнестойкость, а также теплопроводность и температуропроводность.

Теплопроводность оценивают коэффициентом теплопередачи К, Вт/(м²с) или коэффициентом теплопроводности , Втм/(м²с):

(32)

(33)

где Q - мощность теплового потока, проходящего через слой волокон или нитей, Вт; b - толщина слоя волокон, м; F - площадь слоя волокон, м²; Т₁-Т₂ - разность температур поверхностей слоя волокон, ºС.

При переменном во времени (не стационарном) режиме теплопередачи тепловые свойства волокон и нитей оценивают коэффициентом температуропроводности, м²/с

(34)

где  - удельное тепловое сопротивление; С₀ - удельная теплоемкость, Дж/(кгºС); ₁ - плотность материала, кг/м³.

Теплостойкость характеризует способность волокон сохранять свойства при повышенных температурах, т. е. стойкость к термической деструкции. Теплостойкость волокон и нитей оценивают по изменению свойств после нагрева и выдержки в нормальных условиях. По теплостойкости волокна и нити подразделяют на термостойкие и жаростойкие. К термостойким относят материалы, эксплуатируемые при  = 250...400ºС (кевлар, внивлон, Х-500, СВМ и другие волокна и нити из ароматических, гетероциклических и лестничных полимеров). Жаростойкие волокна и нити сохраняют свои эксплуатационные характеристики при температуре 2100...2500ºС (углеродные, борные, вольфрамовые, молибденовые и др.)

Огнестойкость определяет стойкость волокон и нитей к воздействию пламени. По стойкости к огню волокна разделяются на негорючие (стеклянное, хлориновое, ацетохлориновое и др.); загорающиеся, но прекращающие гореть и тлеть после удаления из пламени (полиамидное, полиэфирное и др.); горючие, продолжающие гореть и тлеть после удаления из пламени (хлопковое, льняное, гидратцеллюлозное и др.).

9. Электрические свойства

К электрическим свойствам волокон и нитей относят их электризуемость, диэлектрические потери, проницаемость, электрическую прочность, электропроводность и др. Знание электрических свойств волокон и нитей необходимо при конструировании изделий электротехнического назначения, а также при разработке технологии изготовления из них тканых материалов.

Электризуемость волокон и нитей характеризует их способность к генерации и накоплению электрических зарядов статического электричества. Ее оценивают:

• напряженностью электрического поля:

(35)

где f - сила, которую испытывает заряд q, внесенный в электрическое поле; U - потенциал; H - расстояние до заряженного тела.

• поверхностной плотностью:

(36)

где s - поверхность волокон или нитей.

• линейной плотностью:

(37)

где L - длина волокна или нити.

Диэлектрические потери и проницаемость характеризуют тангенсом угла электрических потерь:

(38)

где  - угол потерь;  - угол сдвига между током и напряжением для реального конденсатора с потерями;  - круговая частота; c - емкость конденсатора; R - активное сопротивление; G - активная проводимость; f - частота переменного тока, Гц.

Диэлектрическая проницаемость зависит от структуры волокон, их влажности и частоты переменного тока.

(39)

где С - емкость конденсатора, заполненного волокнами; С₀ - емкость конденсатора с воздушным диэлектриком.

Электрическая проводимость характеризует процесс перемещения электрических зарядов в результате действия внешнего электрического поля. Проводимость связана с токами, протекающими в веществе волокон, нитей и зависит от силы и плотности тока, времени воздействия и напряженности электрического поля, температуры состава, строения, размеров и формы волокон и нитей. Электрическую проводимость оценивают удельной характеристикой G, Ом^-1м^-1:

(40)

где  - удельное электрическое сопротивление вещества волокон и нитей.

Электрическая прочность Е - величина, численно равная напряженности однородного электрического поля, при которой происходит пробой диэлектрика, т. е. волокна или нитей. При пробое диэлектрика его структура нарушается. Известны три формы пробоя твердых диэлектриков: тепловая, электрохимическая и электрическая. Применительно к волокнистым наполнителям более адекватна электрическая форма, суть которой заключается в ударной ионизации электронами материала диэлектрика. Напряженность поля, при которой происходит пробой волокон или нитей, определяют по уравнению:

(41)

где С - предэкспоненциальный множитель; Е - разница в энергии между дном зоны проводимости и серединой полосы, занимаемой более высокими локальными уровнями, на которых находятся возбужденные электроны.