Introduktion
PTFE (polytetrafluorethylen), også kendt som Teflon®, er en termoplastisk polymer, der er kendt for sin fremragende modstandsdygtighed over for kemikalier og varme. Det bruges ofte til forskellige formål som f.eks. køkkengrej, elektrisk isolering, medicinsk udstyr og laboratorieudstyr, smøremidler, tætninger og pakningsmaterialer. Derudover kan fyldstoffer inkorporeres i PTFE for at ændre dets egenskaber. For eksempel tilsættes der ofte glasfyldstoffer for at forbedre dets termiske og mekaniske egenskaber. Derfor er det vigtigt at forstå den termiske opførsel af både ufyldt og fyldt PTFE i hele dets driftstemperaturområde.
Eksperimentel
Varmeledningsevnen blev bestemt ved hjælp af TCT 716 Lambda Guarded Heat Flow Meter (GHFM). Denne steady-state-teknik indebærer, at en prøve af kendt tykkelse placeres mellem to plader, der holdes ved forskellige temperaturer, så varmen kan strømme gennem prøven. Varmestrømmen gennem prøvens tykkelse måles, og varmeledningsevnen beregnes derefter.
GHFM-metoden adskiller sig fra andre metoder, fordi den er særlig effektiv til traditionelt udfordrende prøver, f.eks. ikke-homogene, anisotrope materialer, som f.eks. flerlags- og kompositprøver [1]. Ud over mere standardiserede homogene materialer er GHFM også i stand til nøjagtigt at bestemme varmeledningsevnen for lagdelte eller fyldte materialer (f.eks. glasfyldte polymerer).
Til denne undersøgelse blev der anskaffet PTFE-prøver (tabel 1) fra to forskellige producenter, herunder både en ufyldt og en glasfiberfyldt PTFE-prøve fra en af producenterne. Hver prøve havde en diameter på ca. 50 mm og en tykkelse på 3 mm. En oversigt over prøveoplysningerne findes i tabellen nedenfor. Målingerne blev udført over et temperaturområde på ca. -10 °C til 200 °C, og kalibreringen blev udført med Vespel® SP-1. Der blev påført et tyndt lag termisk silikonefuge mellem prøverne og instrumentpladerne for at minimere grænseflademodstanden. Prøverne blev udsat for et tryk på ca. 175 kPa under testningen.
Tabel 1: Prøveemner
| Prøve 1 | Prøve 2 | Prøve 3 | |
|---|---|---|---|
| Materiale | Ufyldt PTFE | Ufyldt PTFE | Glasfiberfyldt PTFE |
| Producent | A | B | B |
| Prøvens tykkelse | 2.90 mm | 3.20 mm | 3.15 mm |
| Prøvens densitet | 2.118 g/cm³ | 2.166 g/cm³ | 2.172 g/cm³ |
Resultater og analyse
Den tilsyneladende Termisk ledningsevneVarmeledningsevne (λ med enheden W/(m-K)) beskriver transporten af energi - i form af varme - gennem et masselegeme som følge af en temperaturgradient (se fig. 1). Ifølge termodynamikkens anden lov strømmer varmen altid i retning af den laveste temperatur.varmeledningsevne i forhold til temperaturen for de testede prøver er vist i figur 1. De ufyldte prøver fra producent A (blå kurve) og B (orange kurve) stemmer overens med de forventede værdier fra litteraturen, som er ca. 0,27 W/(m-K) ved stuetemperatur [2]. Derudover har prøve 2 en højere densitet end prøve 1, hvilket fører til en tilsvarende stigning i varmeledningsevnen. Som forventet udviser prøven med glasfiberfyldstof en betydeligt højere Termisk ledningsevneVarmeledningsevne (λ med enheden W/(m-K)) beskriver transporten af energi - i form af varme - gennem et masselegeme som følge af en temperaturgradient (se fig. 1). Ifølge termodynamikkens anden lov strømmer varmen altid i retning af den laveste temperatur.varmeledningsevne. Desuden er det kendt, at PTFE gennemgår en fast-fast FaseovergangeUdtrykket faseovergang (eller faseændring) bruges oftest til at beskrive overgange mellem fast, flydende og gasformig tilstand.faseovergang ved stuetemperatur [3], hvilket er tydeligt i den mærkbare ændring i den tilsyneladende Termisk ledningsevneVarmeledningsevne (λ med enheden W/(m-K)) beskriver transporten af energi - i form af varme - gennem et masselegeme som følge af en temperaturgradient (se fig. 1). Ifølge termodynamikkens anden lov strømmer varmen altid i retning af den laveste temperatur.varmeledningsevne i dette temperaturområde. (Det skal bemærkes, at materialet absorberer varme i dette faseovergangsområde, og at virkningerne heraf ikke er omfattet af dette notat). Over dette faseovergangsområde er effekten af temperaturstigning på varmeledningsevnen minimal [4].
Sammenfatning
Resultaterne viste, at de ufyldte prøver fra begge producenter stemte overens med de forventede værdier for Termisk ledningsevneVarmeledningsevne (λ med enheden W/(m-K)) beskriver transporten af energi - i form af varme - gennem et masselegeme som følge af en temperaturgradient (se fig. 1). Ifølge termodynamikkens anden lov strømmer varmen altid i retning af den laveste temperatur.varmeledningsevne for ufyldt PTFE baseret på litteraturkilder. Prøven med højere densitet udviste højere Termisk ledningsevneVarmeledningsevne (λ med enheden W/(m-K)) beskriver transporten af energi - i form af varme - gennem et masselegeme som følge af en temperaturgradient (se fig. 1). Ifølge termodynamikkens anden lov strømmer varmen altid i retning af den laveste temperatur.varmeledningsevne, og den glasfiberfyldte prøve viste en øget varmeledningsevne. Derudover gennemgik PTFE en fast-fast FaseovergangeUdtrykket faseovergang (eller faseændring) bruges oftest til at beskrive overgange mellem fast, flydende og gasformig tilstand.faseovergang ved stuetemperatur, hvilket var tydeligt i ændringen i varmeledningsevne. Over denne FaseovergangeUdtrykket faseovergang (eller faseændring) bruges oftest til at beskrive overgange mellem fast, flydende og gasformig tilstand.faseovergang var effekten af temperaturen på varmeledningsevnen minimal. Resultaterne af denne undersøgelse viser, at TCT 716 Lambda er yderst effektiv til at analysere de termiske egenskaber af både ufyldt og fyldt PTFE.