Præcis måling, differentieret evaluering: Termisk opførsel af PPS med og uden fyldstoffer

Introduktion

Polyphenylensulfid (PPS) er en højtydende termoplastisk polymer, der bruges i krævende tekniske anvendelser på grund af sin høje termiske og kemiske modstandsdygtighed samt sin dimensionsstabilitet. PPS spiller en central rolle i fremstillingen af termisk og mekanisk belastede komponenter, især inden for bil-, elektronik- og rumfartsindustrien. Omfattende viden om 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 er afgørende for det termiske design og den termiske styring af sådanne komponenter. Det muliggør præcis modellering af varmestrømme og forhindrer lokal overophedning, hvilket igen øger systemernes driftssikkerhed og levetid.

GHFM-metoden

TCT 716 Lambda, som fungerer efter GHFM-metoden (guarded heat flow meter), kan udføre en enkel karakterisering af polymerer takket være dens evne til at måle varmeledningsevnen direkte. Selv small ændringer i den kemiske sammensætning på grund af tilsætning af fyldstoffer kan registreres.

Målinger

Tabel 1 og 2 beskriver både de testede PPS-prøver og målebetingelserne. Der var prøver af ren og modificeret PPS (glasfiber + carbon black) til rådighed. Alle prøver blev analyseret ved hjælp af TCT 716 Lambda.

Tabel 1: Prøver

Prøve	Ren PPS	Fyldt PPS
Antal	2	2
Tykkelse	4 og 5 mm	4 og 5 mm
Diameter	Ca. 51 mm	Ca. 51 mm

Tabel 2: Måleparametre

Temperaturprogram	25 - 200 °C i trin på 25 K
Temperaturgradient	30 K
Tryk	175 kPa
Kalibreringsmateriale	Vespel Sp1

Resultater og diskussion

Figur 1 giver et overblik over målingerne af 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 fra både fyldte og ufyldte PPS-prøver. De orange målekurver viser resultaterne af varmeledningsevnetestene for prøverne lavet af ren PPS, mens de blå målekurver repræsenterer resultaterne for de fyldte prøver. Som forventet udviser de fyldte prøver 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 (ca. en faktor 1,75) end den rene PPS. Resultaterne for de fyldte prøver er næsten identiske.

Graf, der sammenligner varmeledningsevne (W/m-K) for fyldte og ufyldte PPS-prøver ved forskellige temperaturer (°C). — 1) Varmeledningsevne for fyldt og ufyldt PPS mellem 25 og 200 °C målt med TCT 716 `Lambda`.

Når det gælder prøverne af ren PPS, har den 4 mm store prøve en lidt lavere 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 (forskel på ca. 6,3 %). Dette skyldes sandsynligvis strukturelle forskelle mellem de to prøver. Prøven på 4 mm ser ud til at have en inhomogenitet (se figur 2), som ved nærmere eftersyn kan forbindes med porer i visse områder af materialet (se figur 3). Denne strukturelle inhomogenitet stammer sandsynligvis fra fremstillingsprocessen. Porer fører normalt til en reduktion af varmeledningsevnen, hvilket bekræftes af resultaterne af TCT-målingerne.

To cirkulære skiver med forskellige teksturer, den ene glat og den anden subtilt mønstret, placeret på en mørk overflade til analyse. — 2) Ren PPS, 5 mm (venstre) og 4 mm (højre), med inhomogenitet (porer i de lyse dele).

Overfladeanalyse, der viser ridser før og efter fremhævning med røde konturer for at tydeliggøre testresultaterne. — 3) Inhomogen ren PPS - let porøs i de lyse områder; ikke porøs i de mørke områder

Sammenfatning

TCT 716 Lambda muliggør direkte måling af polymerers 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 er meget effektiv til at analysere forskelle i termiske egenskaber mellem rene polymermatricer og fyldstofforstærkede polymerer. Det registrerer også pålideligt subtile variationer forårsaget af strukturelle ændringer som følge af forskellige fremstillingsprocesser.

Desuden har TCT 716 Lambda to uafhængige teststakke, hvilket giver mulighed for hurtigere dataindsamling og højere kapacitet - en vigtig fordel for kvalitetskontrol i industrielle miljøer.