Types of conductive thermoplastics - replacement of metallic materials in engineering structures, Part 1

V odpov�di na otázku pro� jsou práv� preferovány kovové materiály, najdeme �adu d�vod�, nap�íklad:

-tuhost konstrukcí, rázová odolnost, ta�nost, únavové vlastnosti, odolnost proti opot�ebení

-tepelná vodivost, elektrická vodivost, tepelná odolnost, magnetické vlastnosti

-vzhledové vlastnosti, bez zápachu, zákaznické vnímání kvality, atd.

P�es uvedená konstatování, ale na významu, jako konstruk�ní materiály, nabývají kompozity s polymerní matricí a plnivy, které základnímu polymeru prop�j�ují po�adované vlastnosti.

V tomto p�ísp�vku se jedná o kompozity vhodné pro technologii vst�ikování termoplast�, p�i�em� v�dy platí, �e i na konstrukci výst�ik� z dále uvád�ných materiál� se vztahují po�adavky technologi�nosti konstrukce výst�ik� z termoplast�.

Mezi výhody p�i jejich pou�ití v konstruk�ních �ešeních jako celku je mo�no uvést:

-pom�r výkonu k jejich hmotnosti

-díky malé specifické hmotnosti i mo�nost pou�ití materiálu o ni�ší hmotnosti k dosa�ení podobných nebo lepších výkonových parametr� konstruk�ního systému

-nepodléhají korozi, jsou odolné k v�tšin� chemikálií

-nabízejí velkou konstruk�ní variabilitu, mají potenciál k integraci funkcí, dobré povrchové vlastnosti, barevnost, sní�ení pot�eby následných montá�ních operací

-recyklovatelnost

-p�i standardním výrobním procesu malá zmetkovitost, sní�ení pracnosti

-atd.

P�i uvedení výhod nesmíme zapomenout na mo�nost výb�ru takových materiálových �ešení-kompozit� s polymerní matricí, které umo��ují jejich vyu�ití i v oblastech d�íve vyhrazených pouze kovovým materiál�m.

Jedná se polymerní materiály se zvýšenou tepelnou vodivostí, elektrickou vodivostí, elektromagnetickým stín�ním, antistatickými vlastnostmi, pou�ití ve výbušných prost�edích, magnetickými vlastnostmi, atd.

Proto�e se u t�chto materiálu setkáme s celou �adou ne úpln� b�ných pojm�, jejich význam si stru�n� zopakujeme.

Význam pojm�

Zdroje optického zá�ení jsou objekty, v nich� dochází k p�em�n� r�zných forem energie na energii elektromagnetického zá�ení v optické oblasti elektromagnetického spektra, v�etn� tepelné energie.

Tepelné zdroje zá�ení:

�árovka je jednoduché za�ízení k p�em�n� elektrické energie na sv�tlo. Funguje na principu zah�ívaného, tenkého, obvykle wolframového vodi�e-drátku, elektrickým proudem, který jím protéká. �árovky pat�í mezi tzv. teplotní zá�i�e, p�i�em� teplo zá�í z celé plochy ba�ky.

Halogenové �árovky mají v inertním plynu v ba�ce �árovky p�ím�s halogen�, obvykle bývají opat�eny reflektory, které usm�r�ují vyza�ovaný sv�telný tok. Jsou vyráb�ny ve dvojím provedení. Jedno vyza�uje p�evá�nou �ást tepelného zá�ení ve sm�ru sv�telného toku, druhé naopak odvádí teplo opa�ným sm�rem-dovnit� svítidla. 

Luminiscen�ní zdroje zá�ení:

Zá�ivky jsou nízkotlaké rtu�ové výbojky. Sklen�né zá�ivkové t�leso-lineární nebo r�zn� zahnuté pro dosa�ení menších rozm�r�-kompaktní zá�ivky-se �havícími elektrodami je napln�no rtu�ovými parami a argonem. V nich dochází k doutnavému výboji, který zá�í p�evá�n� v neviditelné ultrafialové oblasti. Toto zá�ení dopadá na vnit�ní st�ny trubice, které jsou pokryty luminoforem.

P�i p�íkonu zá�ivky 40W se 21 % dodané elektrické energie p�em�ní na sv�tlo, 24, 8 % na infra�ervené zá�ení a 54, 2 % na teplo.

Luminofor je látka schopná pohlcovat energii a následn� ji vyza�ovat ve form� sv�tla, tzv. luminiscence. V zá�ivce luminofor absorbuje ultrafialové zá�ení a sám zá�í ve viditelné oblasti.

Vysokotlaké výbojky jsou schopny vyrobit relativn� velké mno�ství sv�tla na malém prostoru. Princip jejich funkce je zalo�en na obloukovém výboji.

Na rozdíl od výše popsaných sv�telných zdroj� fungují zdroje typu LED a LD na principu elektroluminiscence polovodi�ových materiál�. U t�chto materiál� vzniká sv�tlo v d�sledku p�eskok� elektron� z vyšších energetických pás� do ni�ších. Rozdíl energie mezi dnem vodivostního a vrchem valen�ního pásu pak odpovídá energii vyzá�ené ve form� fotonu.  

LED - Light Emitting Diode-dioda emitující sv�tlo je polovodi�ový sv�telný zdroj. Jedná se o polovodi�ovou elektronickou sou�ástku obsahující p�echod P-N. Prochází-li p�echodem v propustném sm�ru elektrický proud, p�echod vyza�uje-emituje-nekoherentní sv�tlo s úzkým spektrem. Nekohorentní zá�ení je spontánní zá�ení s chaoticky se m�nící fází.

Pásmo spektra zá�ení diody je závislé na chemickém slo�ení pou�itého polovodi�e. LED jsou vyráb�ny s pásmy vyza�ování od ultrafialových, p�es r�zné barvy viditelného spektra, a� po infra�ervené pásmo.

Stejn� jako u ostatních zdroj� sv�telného zá�ení, vzniká i u systém� osazených LED diodami p�i p�em�n� elektrické energie na sv�tlo tepelná energie, kterou je, pro zabrán�ní p�eh�átí a zajišt�ní �ivotnosti LED systému, nutno odvést do okolí.

Pro zajišt�ní tepelné stability LED diod jsou pou�ívány r�zné typy chladi�� a to jak s nuceným, nap�íklad ventilátory, co� je nevýhodné-mo�nost poruch a zv�tšení spot�eby elektrické energie, chlazením, tak i p�irozeným chlazením, respektive s chladi�i z úlo�ných materiál�-kovy, keramika, plasty-které rozptylují teplo do okolí.

LED �árovky, na rozdíl od jiných typ� „teplých“ osv�tlovacích zdroj� nesm��ují tepelný tok ve sm�ru toku sv�tla, ale sm�rují ho opa�n� za svítidlo, co� sice neoh�ívá osv�tlované plochy, p�edm�ty, materiály, apod., ale je ho také nutno, stejn� jako u jiných sv�telných zdroj�, odvést nebo zu�itkovat.   

LD-Laser Diodes (Laser-Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation-zesilování sv�tla stimulovanou emisí zá�ení)-vytvá�ejí koherentní zá�ení s vysokou ú�inností a výkonem. Bohu�el, praxe ukázala, �e efekt zrn�ní, ke kterému u laserových diod dochází, p�sobí velmi rušiv� a nep�irozen�, a proto je k b�nému osv�tlování nelze pou�ít. D�vodem je skute�nost, �e laserové zá�ení se v p�írod� nevyskytuje a tedy lidské oko není zvyklé na jeho ú�inky.

Porovnání ú�innosti sv�telných zdroj�:

Tepelná vodivost lambda (W/mK) je mno�ství tepla Q (J), které p�i ustáleném stavu projde za jednotku �asu mezi dv�ma protilehlými st�nami krychle o dálce hrany 1 m, je-li rozdíl teplot mezi t�mito st�nami 1 K.

Nejlepším vodi�em tepla, mezi kovovými materiály, je st�íbro.

U polymerních materiál�, které se v základním d�lení rozd�lují na amorfní a �áste�n� krystalické materiály platí, �e tepelná vodivost se zvyšuje se stupn�m obsahu krystalického podílu v materiálu. P�i b�né teplot� je tepelná vodivost krystalické fáze cca 6x vyšší ne� tepelná vodivost amorfní fáze ve struktu�e �áste�n� krystalického plastu.

P�íklady tepelné vodivosti materiál� (W/mK):

-PP           0, 19

-PE LD        0, 33

-PE HD        0, 50

-PA 6          0, 25

-PVC          0, 19

-PEEK         0, 24

-PPS          0, 26

-PTFE         0, 25

-Epoxy         0, 17

-Epoxy SV      0, 23

-Sklo           1

-K�emen        3

-Nerezová ocel  16, 4

-Uhlíková ocel  50

-Slitiny hliníku  90

-Hliník       216

-M��        398

-St�íbro       415

• pokra�ovanie �lánku bude uverejnené 20.10.2014.