Въведение
ПТФЕ (политетрафлуороетилен), известен също като Teflon®, е термопластичен полимер, известен с отличната си устойчивост на химикали и топлина. Обикновено се използва в различни приложения, като кухненски съдове, електрическа изолация, медицинско и лабораторно оборудване, смазочни материали, уплътнения и уплътнителни материали. Освен това в ПТФЕ могат да се влагат пълнители, за да се променят свойствата му. Например, често се добавят стъклени пълнители, за да се подобрят топлинните и механичните му характеристики. Ето защо разбирането на топлинното поведение както на ненапълнения, така и на напълнения ПТФЕ в целия диапазон от работни температури е от съществено значение.
Експериментален
Топлопроводимостта е определена с помощта на TCT 716 Lambda Guarded Heat Flow Meter (GHFM). Тази техника за стабилно състояние включва поставяне на проба с известна дебелина между две плочи, поддържани при различни температури, като се дава възможност за преминаване на топлина през пробата. Измерва се топлинният поток през дебелината на образеца и след това се изчислява коефициентът на топлопроводност.
Методът GHFM се отличава от другите методи, тъй като е особено ефективен за традиционно трудни образци, например нехомогенни, анизотропни материали, като многослойни и композитни образци [1]. В допълнение към по-стандартните хомогенни материали, GHFM е в състояние също така точно да определи топлопроводимостта на слоести или напълнени материали (напр. полимери, напълнени със стъкло).
За целите на това изследване пробите от PTFE (таблица 1) бяха получени от двама различни производители, включително както ненапълнена, така и напълнена със стъклени влакна проба от PTFE от един от производителите. Диаметърът на всеки образец е приблизително 50 mm, а дебелината - 3 mm. Обобщената информация за образците е представена в таблицата по-долу. Измерванията са проведени в температурен диапазон от приблизително -10°C до 200°C, а калибрирането е извършено с помощта на Vespel® SP-1. Между образците и плочите на инструмента беше нанесен тънък слой силиконова термофугираща смес, за да се сведе до минимум междуфазовото съпротивление. По време на изпитването върху образците се прилага налягане от приблизително 175 kPa.
Таблица 1: Образци за изпитване
| Образец 1 | Образец 2 | Образец 3 | |
|---|---|---|---|
| Материал | Незапълнен PTFE | Незапълнен PTFE | ПТФЕ, напълнен със стъклени влакна |
| Производител | A | B | B |
| Дебелина на образеца | 2.90 mm | 3.20 mm | 3.15 мм |
| Плътност на образеца | 2.118 g/cm³ | 2.166 g/cm³ | 2.172 g/cm³ |
Резултати и анализ
Резултатите от зависимостта на видимата топлопроводимост от температурата за тестваните проби са представени на фигура 1. Ненапълнените образци от производители А (синя крива) и В (оранжева крива) съответстват на очакваните стойности от литературата, които са приблизително 0,27 W/(m-K) при стайна температура [2]. Освен това Образец 2 има по-висока плътност от Образец 1, което води до съответно увеличение на коефициента на топлопроводност. Както се очакваше, образецът с пълнител от стъклени влакна показва значително по-висока топлопроводимост. Освен това е известно, че при стайна температура PTFE претърпява фазов преход твърдо тяло-твърдо тяло [3], което се вижда от забележимата промяна на видимата топлопроводимост в тази температурна област. (Следва да се отбележи, че по време на този фазов преход материалът поглъща топлина, чието въздействие не е в обхвата на настоящата бележка по приложението). Над тази област на фазов преход ефектът от повишаването на температурата върху топлопроводимостта е минимален [4].
Резюме
Резултатите показаха, че ненапълнените образци и от двамата производители съответстват на очакваните стойности на топлопроводимостта на ненапълнения PTFE въз основа на литературни източници. Образецът с по-висока плътност показва по-висока топлопроводимост, а образецът, напълнен със стъклени влакна, демонстрира повишена топлопроводимост. Освен това PTFE претърпява фазов преход твърдо тяло-твърдо тяло при стайна температура, което се вижда от промяната в топлопроводимостта. Над този фазов преход влиянието на температурата върху топлопроводимостта е минимално. Резултатите от това изследване показват, че TCT 716 Lambda е много ефективен за анализ на топлинните свойства както на ненапълнен, така и на напълнен PTFE.