Thermophysical properties of metals and polymer compositions

Authors

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2013.18136

Keywords:

metals, polymers, thermal properties, temperature, correlation analysis, regression analysis

Abstract

The article investigates the matter of thermophysical properties of metals: copper, silver and gold and composite materials based on polytetrafluoroethylene (fluoroplastic-4), aromatic polyamide (phenylone C-2) and polyimide PM-69 depending on temperature and concentration of the fillers. The aim of work was: 1) to establish the dependencies of change of enthalpy, thermal conductivity coefficient, thermal capacity coefficient under stable pressure and linear coefficient of thermal dilation on temperature, radius and ordinal number of atoms of metals; 2) to search for correlation relationships and approximation mathematical models between these characteristics; 3) to study thermophysical properties of composite materials based on polytetrafluoroethylene, aromatic polyamide and polyimide depending on temperature and concentration of the fillers.

In our work we used the methods of thermophysical measurements of thermal conductivity and methods of probability theory and mathematical statistics. As a result, we have received approximate mathematical models of dependency of enthalpy, thermal conductivity coefficient, thermal capacity coefficient and linear coefficient of thermal dilation on temperature of copper, silver and gold.

We received new correlations of dependencies of thermal conductivity coefficient on temperature and concentration for composite materials based on polytetrafluoroethylene, aromatic polyamide and polyimide and type of the fillers. Theoretical analysis of concentration dependencies demonstrated divergences between experimental and estimated data according to equations of Maxwell-Aiken, Dulnev, Odelevskyi and Nielsen.

Author Biographies

Liliya Baziuk, Vasyl Stefanyk Precarpathian National University 57 Shevchenka Street, Ivano-Frankivsk city, Ukraine, 76025

Lecturer

Department of Inorganic and Physical Chemistry

Hennadii Sirenko, Vasyl Stefanyk Precarpathian National University 57 Shevchenka Street, Ivano-Frankivsk city, Ukraine, 76025

Doctor of Technical Sciences

Professor

Department of Inorganic and Physical Chemistry

References

  1. Лариков, Л.Н. Структура и свойства металлов и сплавов. Справочник: Тепловые свойства металлов и сплавов [Текст] / Л.Н. Лариков, Ю.Ф. Юрченко − К.: Наукова думка, 1985. − 438 с.
  2. Киреев, В.А. Краткий курс физической химии [Текст] / В.А. Киреев − М.: Химия, 1978. − 624 с.
  3. Кнорре, Д.Г. Физическая химия [Текст] / Д.Г. Кнорре, Л.Ф. Крылова, В.С. Музыкантов − М.: Высш. шк., 1981. − 328 с.
  4. Лебідь, В.І. Фізична хімія: Підручник [Текст] / В.І. Лебідь − Х.: Фоліо, 2005. − 480 с.
  5. Лукьянов, А.Б. Физическая и коллоидная химия [Текст] / А.Б. Лукьянов − М.: Химия, 1988. − 288 с.
  6. Стромберг, А.Г. Физическая химия: Учебник [Текст] / А.Г. Стромберг, Д.П. Семченко − М.: Высш. шк., 1999. − 528 с.
  7. Фролов, Ю.Г. Физическая химия [Текст] / Ю.Г. Фролов, В.В. Белик − М.: Химия, 1993. − 464 с.
  8. Эткинс, П. Физическая химия. В 2-х томах [Текст] / П. Эткинс. − М.: Мир, 1980. − 582 с. − Т. 1. − 584 с. −Т. 2.
  9. Сиренко, Г.А. Антифрикционные термостойкие полимеры [Текст] / Г.А. Сиренко, В.П. Свидерский и др. − К.: Техника, 1978. − 246 с.
  10. Сиренко, Г.А. Антифрикционные карбопластики [Текст] / Г.А. Сиренко. − К.: Техніка, 1985. − 195 с.
  11. Джигирис, Д.Д. Основы технологии получения базальтовых волокон и их свойства [Текст] / Д.Д. Джигирис, А.К. Волынский и др. // Базальто-волокнистые композиционные материалы и конструкции. − 1980. – С. 54-81.
  12. Мор, Дж. Стеклянные волокна [Текст] /Дж. Мор // Наполнители для полимерных композиционных материалов. − М.: Химия, 1981. − С. 540-587.
  13. Сабраманиэн, Р. Базальтовые волокна [Текст] / Р. Сабраманиэн, Х. Аустин // Наполнители для полимерных композиционных материалов. - М.: Химия, 1981. − С. 587-595.
  14. Белов, С.И. О некоторых причинах разноплотности искусственного графита [Текст] / С.И. Белов, А.М. Сигарев и др. // Конструкционные материалы на основе графита, 1966. − Т.2 − С. 27-34.
  15. Сіренко Г.О. Створення антифрикційних композитних матеріалів на основі порошків термотривких полімерів та вуглецевих волокон [Текст] / Дис. доктора техн. наук. Ін-т матеріалознавства ім. І. М. Францевича НАНУ. − Київ. − 1997. − 431 с.
  16. Свідерський, В.П. Аналітичний огляд науково-технічних основ і властивостей антифрикційних карбопластиків: 1. Вуглецеві волокна [Текст] / В.П. Свідерський, О.І. Федоришин // Вісник Прикарп. ун-ту. − 2001. − Сер. Хімія, (І). − С. 118-132.
  17. Способ получения антифрикционной композиции «флубон» [Текст]: а. с. 1736171 (СССР), МКИ C08J5/16; C08L27/18. / Г.А. Сиренко, А.Ф. Будник (Украина). − 1992.
  18. Сіренко, Г.О. Математичний опис процесу дроблення вуглецевих волокон для наповнених полімерів [Текст] / Г.О. Сіренко, О.В. Шийчук // Композиційні полімерні матеріали. − 2001. − Т.25, (1). − С. 49-53.
  19. Соколов, Л.Б. Термостойкие ароматические полиамиды [Текст] / Л.Б. Соколов, В.Д. Герасимов и др. − М.: Химия, 1975. − 256 с.
  20. Адлер, Ю.П. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий [Текст] / Ю.П. Адлер, Е.В. Маркова, Ю.В. Грановский − М.: Наука, 1976. − 280 с.
  21. Степнов, М.Н. Статистическая обработка результатов механических испытаний [Текст] / М.Н. Степнов − М.: Машиностроение, 1972. − 232 с.
  22. Мюллер, П. Таблицы по математической статистике [Текст] / П. Мюллер, П. Нойман, Р. Шторм − М.: Финансы и статистика, 1982. − 272 с.
  23. Сіренко, Г.О. Теплофізичні властивости металів та стопів: 1. Залежність зміни ентальпії від температури та радіусу атомів [Текст] / Г.О. Сіренко, Л.В. Базюк, Н.В. Мещерякова // Фізика і хімія твердого тіла. − 2011. − Т. 12 (1). - С. 197-207.
  24. Базюк, Л.В. Теплофізичні властивости металів та стопів: 2. Залежність коефіцієнта теплопровідности від температури та радіусу атомів [Текст] / Л.В. Базюк, Г.О. Сіренко, Н.І. Бертолон // Вісник Прикарпатського нацiонального університету імені Василя Стефаника. − 2011. − Серія Хімія, ХІІІ. − С. 102-121.
  25. Базюк, Л.В. Теплофізичні властивости металів та стопів: 2. Залежність коефіцієнта теплопровідности від температури та радіусу атомів [Текст] / Л.В. Базюк, Г.О. Сіренко // Фізика і хімія твердого тіла. − 2011. − Т.12 (4). − С. 1026-1038.
  26. Базюк, Л.В. Теплофізичні властивости металів та стопів: 3. Залежність коефіцієнта теплоємности від температури та радіусу атомів [Текст] / Л.В. Базюк, Г.О. Сіренко // Фізика і хімія твердого тіла. − 2012.− Т.13(1). − С. 244-258.
  27. Базюк, Л.В. Теплофізичні властивости металів та стопів: 3. Залежність коефіцієнта теплоємности від температури та радіусу атомів [Текст] / Л.В. Базюк, Г.О. Сіренко // Вісник Прикарпатського національного університету імені Василя Стефаника. − 2012. − Серія Хімія, ХІV. − С. 130-148.
  28. Базюк, Л.В. Теплофізичні властивости металів та стопів: 4. Залежність лінійного коефіцієнта теплового розширення від температури та радіусу атомів [Текст] / Л.В. Базюк, Г.О. Сіренко // Фізика і хімія твердого тіла. − 2012. − Т.13 (2). − С. 528-543.
  29. Свідерський, В.П. Дослідження теплофізичних властивостей полііміду, наповненого графітовими матеріалами [Текст] / В.П. Свідерський, Л.В. Караванович // Вісник Прикарп. ун-ту. − 2002. − Сер. Хімія, 2. − С. 70–75.
  30. Караванович Л.В. Теплофізичні властивості політетрафторетилену з двокомпонентним наповнювачем [Текст] / Л.В. Караванович // Вісник Прикарп. ун-ту.− 2004. − Сер. Хімія, 4. − С. 67-71.
  31. Сіренко, Г.О. Залежність теплофізичних властивостей полімерних матеріалів від типу і форми наповнювачів [Текст] / Г.О. Сіренко, В.П. Свідерський, Л.В. Караванович // Фізика і хімія твердого тіла. − 2004. − Т.5 (3). − С. 557-563.
  32. Базюк, Л.В. Вплив типу і форми наповнювачів на теплофізичні властивості композитів на основі політетрафторетилену і ароматичного поліаміду [Текст] / Л.В. Базюк, В.П. Свідерський // Вісник Прикарп. ун-ту. − 2008. − Сер. Хімія, V. − С. 47-54.
  33. Сіренко, Г.О. Залежність теплофізичних властивостей від температури для багатокомпонентної композиції на основі ароматичного поліаміду [Текст] / Г.О. Сіренко, Л.В. Базюк, В.П. Свідерський, С.М. Тараненко // Фізика і хімія твердого тіла. − 2005. − Т. 6 (3). − С. 486-494.
  34. Г.О. Сіренко, В.П. Свідерський, Л.В. Базюк. Теплофізичні властивості композиційних матеріалів на основі ароматичного полііміду, наповнених графітами [Текст] / Г.О. Сіренко, В.П. Свідерський, Л.В. Базюк // Полімерний журнал. − 2005. − Т.27 (4). − С. 272-277.
  35. Larikov, L.N., Yurchenko, Yu.F. (1985). Structure and properties of metals and alloys. Handbook: Thermal properties of metals and alloys. Kyiv, Naukova dumka, 438.
  36. Kyreev, V.А. (1978). Short course of physical chemistry. Moscow, Chemistry, 624.
  37. Knorre, D.H., Krylova, L.F., Muzykantov, V.S. (1981). Physical chemistry. Moscow, Higher school, 328.
  38. Lebid, V.І. (2005). Physical chemistry: Textbook. Kharkiv, Folio, 480.
  39. Lukianov, А.B. (1988). Physical and colloid chemistry. Moscow, Chemistry, 288.
  40. Stromberg, А.H., Semchenko, D.P. (1999). Physical chemistry: Manual. Moscow, Higher school, 528.
  41. Frolov, Yu.H., Belyk, V.V. (1993). Physical chemistry. Moscow, Chemistry, 464.
  42. Etkins, P. (1980). Physical chemistry. In 2 volumes. Moscow, Myr, 1. 582. 2. 584.
  43. Sirenko, H.O., Svyderskyi, V.P., Herasymov, V.D., Nykonov, V.Z. (1978). Anti-frictional heatproof polymers. Kyiv, Technology, 246.
  44. Sirenko, H.O. (1985). Anti-frictional carboplastics. Kyiv, Technology, 195.
  45. Dzhygyrys, D.D., Volynskyi, А.К., Kozlovskyi, P.P. et al. (1980). Principles of technology of obtaining basalt fibers and their properties. J. Basalt-fiber composite materials and structures. 54-81.
  46. Mor, G. (1981). Glass fibers. J. Fillers for polymer composite materials. Moscow, Chemistry, 540-587.
  47. Sabramanien, R., Austin, Kh. (1981). Basalt fibers. J. Fillers for polymer composite materials. Moscow, Chemistry, 587-595.
  48. Bielov, S.I., Syharev, А.М., Soliakov, V.К., Chernykh, V.А. (1966). On some reasons of inhomogeneity of artificial graphite. J. Construction materials based on graphite 2, 27-34.
  49. Sirenko, H.О. (1997). Creation of anti-frictional composite materials based on powders of temperature resistant polymers and carbon fibers. Thesis for the degree of doctor of technical sciences. NASU I.M.Frantsevych Institute of Material Science. Kyiv. 431.
  50. Sviderskyi, V.P., Fedoryshyn, О.І. (2001). Analytical review of scientific and technical fundamentals and properties of anti-frictional carboplastics: 1. Carbon fibers. J. Herald of Pre-Carpathian University, Series Chemistry, І, 118-132.
  51. Sirenko, H.O., Budnyk А.F. (1992). Method of obtaining of anti-frictional composition “flubon”. А.с. (Ukraine), 1736171 (USSR), МКИ C08J5/16; C08L27/18.
  52. Sirenko, H.О., Shyichuk, О.V. (2001). Mathematical description of carbon fibers shredding process for filled polymers. J. Composite polymer materials. 25(1), 49 – 53.
  53. Sokolov, L.B., Herasymov, V.D., Savinov, V.М., Bieliakov, V.К. (1975). Thermo resistant aromatic polyamides. Moscow, Chemistry, 256.
  54. Adler, Yu.P., Markova, Ye.V., Hranovskyi Yu.V. (1976). Experiment planning in the conditions of search of optimal environment. Moscow, Science, 280.
  55. Stepnov, М.N. (1972.) Statistical processing of mechanical testing results. Moscow, Mechanical engineering, 232.
  56. Miuller, P., Noiman, P., Shtorm, R. (1982). Tables on mathematical statistics. Moscow, Finance and statistics, 272.
  57. Sirenko, H.О., Baziuk, L.V., Mereshchiakova, N.V. (2011). Thermophysical properties of metals and alloys: 1. Dependency of enthalpy change on temperature and radius of atoms. J. Physics and chemistry of solids. 12(1). 197-207.
  58. Baziuk, L.V., Sirenko, H.О., Bertolon, N.І. (2011). Thermophysical properties of metals and alloys: 2. Dependency of thermal conductivity coefficient on temperature and radius of atoms. J. Herald of Vasyl Stefanyk Pre-Carpathian University, Series Chemistry, ХІІІ. 102-121.
  59. Baziuk, L.V., Sirenko H.О. (2011). Thermophysical properties of metals and alloys: 2. Dependency of thermal conductivity coefficient on temperature and radius of atoms. Physics and chemistry of solids. 12(4), 1026-1038.
  60. Baziuk, L.V., Sirenko, H.О. (2012). Thermophysical properties of metals and alloys: 3. Dependency of thermal capacity coefficient on temperature and radius of atoms. J. Physics and chemistry of solids. 13(1), 244-258.
  61. Baziuk, L.V., Sirenko, H.О. (2012). Thermophysical properties of metals and alloys: 3. Dependency of thermal capacity coefficient on temperature and radius of atoms. J. Herald of Vasyl Stefanyk Pre-Carpathian University, Series Chemistry, ХІV. 130-148.
  62. Baziuk, L.V., Sirenko, H.О. (2012). Thermophysical properties of metals and alloys: 4. Dependency of linear coefficient of thermal dilation on temperature and radius of atoms. J. Physics and chemistry of solids. 13(2), 528-543.
  63. Sviderskyi, V.P., Karavanovych, L.V. (2002). Investigation of thermophysical properties of polyimide filled with graphite materials. J. Herald of Pre-Carpathian University, Series Chemistry, 2, 70-75.
  64. Karavanovych L.V. (2004). Thermophysical properties of polytetrafluoroethylene with two-component filler. J. Herald of Pre-Carpathian University, Series Chemistry, 4. 67-71.
  65. Sirenko, H.О., Sviderskyi, V.P., Karavanovych, L.V. (2004). Dependency of thermophysical properties of polymer materials on type and form of the fillers. J. Physics and Chemistry of Solids. 5(3), 557-563.
  66. Baziuk, L.V., Sviderskyi, V.P. (2008). Influence of type and form of the fillers on thermophysical properties of the composites based on polytetrafluoroethylene and aromatic polyamide. J. Herald of Pre-Carpathian University, Series Chemistry, V. 47-54.
  67. Sirenko, H.О., Baziuk, L.V., Sviderskyi, V.P., Taranenko, S.М. (2005). Dependency of thermophysical properties on temperature for multicomponent composition based on aromatic polyamide. J. Physics and Chemistry of Solids. 6(3), 486-494.
  68. Sirenko, H.О., Sviderskyi, V.P., Baziuk, L.V. (2005). Thermophysical properties of composite materials based on aromatic polyimide filled with graphite. J. Polymer Journal. 27(4), 272-277.

Downloads

Published

2013-10-25

How to Cite

Baziuk, L., & Sirenko, H. (2013). Thermophysical properties of metals and polymer compositions. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5(8(65), 52–58. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2013.18136

Issue

Vol. 5 No. 8(65) (2013): ENERGY SAVING. ENERGY-SAVING TECHNOLOGIES AND EQUIPMENT. MATERIALS SCIENCE

Section

Materials Science

License

Copyright (c) 2014 Liliya Baziuk, Hennadii Sirenko

Creative Commons License

This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

The consolidation and conditions for the transfer of copyright (identification of authorship) is carried out in the License Agreement. In particular, the authors reserve the right to the authorship of their manuscript and transfer the first publication of this work to the journal under the terms of the Creative Commons CC BY license. At the same time, they have the right to conclude on their own additional agreements concerning the non-exclusive distribution of the work in the form in which it was published by this journal, but provided that the link to the first publication of the article in this journal is preserved.

A license agreement is a document in which the author warrants that he/she owns all copyright for the work (manuscript, article, etc.).
The authors, signing the License Agreement with TECHNOLOGY CENTER PC, have all rights to the further use of their work, provided that they link to our edition in which the work was published.
According to the terms of the License Agreement, the Publisher TECHNOLOGY CENTER PC does not take away your copyrights and receives permission from the authors to use and dissemination of the publication through the world's scientific resources (own electronic resources, scientometric databases, repositories, libraries, etc.).
In the absence of a signed License Agreement or in the absence of this agreement of identifiers allowing to identify the identity of the author, the editors have no right to work with the manuscript.
It is important to remember that there is another type of agreement between authors and publishers – when copyright is transferred from the authors to the publisher. In this case, the authors lose ownership of their work and may not use it in any way.