Einleitung
Die WärmeleitfähigkeitDie Wärmeleitfähigkeit (λ mit der Einheit W/(m•K)) beschreibt den Transport von Energie - in Form von Wärme - durch einen Körper aufgrund eines Temperaturgefälles.Wärmeleitfähigkeit kann mit verschiedenen Methoden bestimmt werden. Ein etabliertes und anerkanntes Verfahren ist die LFA (Laser Flash Analyse). Hierbei wird in erster Linie die TemperaturleitfähigkeitDie Temperaturleitfähigkeit (a mit der Einheit mm2/s) ist eine materialabhängige Stoffeigenschaft zur Charakterisierung des instationären Wärmetransports. Sie gibt an, wie schnell ein Material auf eine Temperaturänderung reagiert.Temperaturleitfähigkeit α bestimmt. Zusammen mit Daten zur DichteDie Massen-Dichte ist definiert als Verhältnis zwischen Masse und Volumen.Dichte ρ und spezifischen Wärmekapazität Spezifische Wärmekapazität (cp)Die spezifische Wärmekapazität oder Wärmekapazität ist eine messbare physikalische Größe, die dem Verhältnis der einem Objekt zugeführten Wärme zur resultierenden Temperaturänderung entspricht.cp kann dann die WärmeleitfähigkeitDie Wärmeleitfähigkeit (λ mit der Einheit W/(m•K)) beschreibt den Transport von Energie - in Form von Wärme - durch einen Körper aufgrund eines Temperaturgefälles.Wärmeleitfähigkeit λ über Formel 1 berechnet werden.
λ = α ∙cp∙ρ (Formel 1)
Für die Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit mittels LFA sind also insgesamt drei Messungen verschiedener Eigenschaften nötig. Mit dem TCT 716 Lambda, das nach der GHFM- (Guarded Heat Flow Meter) Methode arbeitet, kann dagegen die Wärmeleitfähigkeit direkt und ohne Umwege gemessen werden. Dies verringert den Messaufwand und macht es für den Benutzer einfach, den benötigten Messwert zu generieren.
PEEK (Polyetheretherketon)
PEEK ist ein hochschmelzendes Polymer und zählt zu den Hochleistungsthermoplasten. Aufgrund seiner hervorragenden Beständigkeit wird PEEK oft dort eingesetzt, wo es unter ungünstigen thermischen und/oder chemischen Bedingungen hohen Belastungen standhalten muss. Anwendungsbeispiele finden sich in der Luftund Raumfahrttechnik, der Medizintechnik oder auch der chemischen Industrie.
Messbedingungen
An PEEK wurden folgende Messungen durchgeführt. Alle Proben wurden aus einem größeren Stab heraus präpariert.
- Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit mittels TCT 716 Lambda an zwei Proben mit einem Durchmesser von 51 mm und einer Dicke von 3 mm.
- Bestimmung der TemperaturleitfähigkeitDie Temperaturleitfähigkeit (a mit der Einheit mm2/s) ist eine materialabhängige Stoffeigenschaft zur Charakterisierung des instationären Wärmetransports. Sie gibt an, wie schnell ein Material auf eine Temperaturänderung reagiert.Temperaturleitfähigkeit mittels LFA 467 HyperFlash® an zwei Proben mit einem Durchmesser von 12,7 mm und einer Dicke von 2 mm.
- Bestimmung der DichteDie Massen-Dichte ist definiert als Verhältnis zwischen Masse und Volumen.Dichte bei Raumtemperatur mittels Auftriebsmethode an den LFA-Proben.
- Bestimmung der spezifischen Wärmekapazität mittels DSC 204 F1 Phoenix® an zwei Proben mit einem Durchmesser von 4 mm und einer Dicke von 1 mm.
Messergebnisse
Abbildung 1 zeigt die Ergebnisse der Wärmeleitfähigkeit von PEEK gemessen mittels TCT in Abhängigkeit der Temperatur. Die blauen und grünen Punkte bzw. Rauten zeigen die Ergebnisse von zwei PEEK-Proben an zwei unterschiedlichen TCT-Messgeräten von 25 °C bis maximal 250 °C. Die Wärmeleitfähigkeit nimmt mit steigender Temperatur tendenziell zu. Die TCT-Messungen zeigen eine gute Reproduzierbarkeit von max. ± 2 %. Für die Messungen wurden die TCT-Geräte mit Quarzglas kalibriert.
Abbildung 2 fasst die Ergebnisse von TCT- und LFA-Messungen zusammen. Die orangen bzw. gelben Kreuze stellen die Ergebnisse mittels LFA dar. Hierfür wurde die Spezifische Wärmekapazität (cp)Die spezifische Wärmekapazität oder Wärmekapazität ist eine messbare physikalische Größe, die dem Verhältnis der einem Objekt zugeführten Wärme zur resultierenden Temperaturänderung entspricht.spezifische Wärmekapazität über DSC und die Dichte bei Raumtemperatur bestimmt. Die roten Punkte inkl. Fehlerbalken repräsentieren den Mittelwert aller Messungen. Die Ergebnisse aller Untersuchungen liegen innerhalb von ± 5 %.
Fazit
Mit dem TCT 716 Lambda ist die Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit einfach und der Messwert kann direkt bestimmt werden. Ein Vergleich zu anderen etablierten Verfahren wie der LFA zeigt sowohl eine gute Übereinstimmung als auch Reproduzierbarkeit der Messergebnisse.