Εισαγωγή
Το μεθακρυλικό πολυμεθύλιο (PMMA), που συνήθως αναφέρεται ως ακρυλικό γυαλί ή με εμπορικές ονομασίες όπως Plexiglas® ή Perspex®, είναι ένα διαφανές θερμοπλαστικό, γνωστό για την οπτική του διαφάνεια, την ακαμψία, την ακαμψία, την αντοχή σε θραύση, την ανθεκτικότητα και τη χαμηλή του πυκνότητα. Αυτά τα χαρακτηριστικά το καθιστούν ιδανικό υλικό, που χρησιμοποιείται συχνά ως εναλλακτική λύση για το γυαλί, για ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών στην οπτική, την ηλεκτρονική, την αυτοκινητοβιομηχανία, τη ναυτιλία, την αεροδιαστημική και τις κατασκευές. Δεδομένης της εκτεταμένης χρήσης του σε διάφορες βιομηχανίες, η κατανόηση της θερμικής συμπεριφοράς του PMMA είναι απαραίτητη για τη διασφάλιση της ασφάλειας, τη βελτιστοποίηση της θερμικής διαχείρισης και τη βελτίωση του σχεδιασμού, των επιδόσεων και των διαδικασιών κατασκευής.
Πειραματικό
Δύο δείγματα PMMA δοκιμάστηκαν με τη χρήση του μετρητή ροής θερμότητας TCT 716 Lambda Guarded Heat Flow Meter (GHFM) σύμφωνα με τη μέθοδο που περιγράφεται στο ASTM E1530. Αυτή η μέθοδος σταθερής κατάστασης περιλαμβάνει την τοποθέτηση ενός δείγματος γνωστού πάχους μεταξύ δύο πλακών που διατηρούνται σε διαφορετικές θερμοκρασίες, επιτρέποντας τη ροή θερμότητας μέσω του δείγματος.
Στη συνέχεια μετράται η ροή θερμότητας μέσω του πάχους του δείγματος και υπολογίζεται η θερμική αγωγιμότητα. Τα δύο δείγματα δοκιμάστηκαν σε ένα εύρος θερμοκρασιών από -10°C έως 70°C σε διαστήματα 10°C. Κάθε δοκίμιο είχε διάμετρο περίπου 51 mm, πάχος 3 mm και πυκνότητα 1,18 g/cm³. Η βαθμονόμηση πραγματοποιήθηκε με τη χρήση Vespel® SP-1. Τα δοκίμια δοκιμάστηκαν υπό φορτίο 175 kPa και εφαρμόστηκε ένα λεπτό στρώμα θερμικής πάστας για τη μείωση της αντίστασης επαφής.
Αποτελέσματα και συζήτηση
Η θερμική αγωγιμότητα του PMMA στο μετρούμενο εύρος θερμοκρασιών από -10°C έως 70°C ήταν περίπου 0,19 W/(m-K), με ελαφρά αύξηση σε 0,20 W/(m-K) εντός αυτού του εύρους. Και τα δύο δείγματα PMMA δοκιμάστηκαν τρεις φορές σε αυτό το εύρος, αποδεικνύοντας καλή επαναληψιμότητα μεταξύ των μετρήσεων- παρατηρήθηκε μέση σχετική τυπική απόκλιση 1% σε όλο το εύρος θερμοκρασιών.
Τα δεδομένα που παρουσιάζονται στο Διάγραμμα 1 αντιπροσωπεύουν τον μέσο όρο αυτών των τριπλών μετρήσεων. Είναι προφανές ότι η θερμική αγωγιμότητα παρουσιάζει μια σχεδόν γραμμική τάση σε αυτό το εύρος θερμοκρασιών και η συμφωνία μεταξύ των δύο ξεχωριστών δειγμάτων δοκιμής είναι εξαιρετική.
Οι τιμές θερμικής αγωγιμότητας για το PMMA είναι διαθέσιμες σε διάφορες βιβλιογραφικές πηγές. Τυπικά, οι βιβλιογραφικές τιμές αναφέρουν ότι η θερμική αγωγιμότητα του PMMA σε θερμοκρασία δωματίου είναι περίπου 0,19 W/(m-K). Οι Antoniadis et al. συγκέντρωσαν πολυάριθμες βιβλιογραφικές πηγές και ανέπτυξαν ένα συνιστώμενο σύνολο δεδομένων για το PMMA για το εύρος θερμοκρασιών από -178°C έως 90°C [1]. Τα αποτελέσματα της θερμικής αγωγιμότητας από την παρούσα μελέτη (μέσος όρος των δειγμάτων PMMA 1 και 2) απεικονίζονται στο Διάγραμμα 2, μαζί με τις τιμές αναφοράς από τους Antoniadis et al. Είναι σαφές ότι τα δεδομένα που παρουσιάζονται εδώ ευθυγραμμίζονται εξαιρετικά καλά με τις τιμές αναφοράς.
Περίληψη
Η θερμική αγωγιμότητα του PMMA μετρήθηκε μεταξύ -10°C και 70°C με τη χρήση του μετρητή ροής θερμότητας TCT 716 Lambda Guarded Heat Flow Meter. Η αγωγιμότητα κυμάνθηκε από 0,19 W/(m-K) έως 0,20 W/(m-K), παρουσιάζοντας μικρή αύξηση με τη θερμοκρασία. Οι μετρούμενες τιμές ταίριαζαν στενά με τα δεδομένα αναφοράς από τη βιβλιογραφία [1], επιβεβαιώνοντας ότι το TCT 716 Lambda παρέχει ακριβείς και αξιόπιστες μετρήσεις της θερμικής αγωγιμότητας του PMMA, μια βασική ιδιότητα για την κατανόηση των θερμικών χαρακτηριστικών του υλικού.