Introducción
El PTFE (politetrafluoroetileno), también conocido como Teflon®, es un polímero termoplástico conocido por su excelente resistencia a los productos químicos y al calor. Se utiliza habitualmente en diversas aplicaciones, como utensilios de cocina, aislamiento eléctrico, equipos médicos y de laboratorio, lubricantes, juntas y materiales para juntas. Además, se pueden incorporar cargas al PTFE para modificar sus propiedades. Por ejemplo, a menudo se añaden cargas de vidrio para mejorar sus características térmicas y mecánicas. Por lo tanto, es esencial comprender el comportamiento térmico del PTFE, tanto sin relleno como con relleno, en toda su gama de temperaturas de funcionamiento.
Experimental
La Conductividad térmicaLa conductividad térmica (λ con la unidad W/(m-K)) describe el transporte de energía -en forma de calor- a través de un cuerpo de masa como resultado de un gradiente de temperatura (véase la fig. 1). Según la segunda ley de la termodinámica, el calor siempre fluye en la dirección de la temperatura más baja.conductividad térmica se determinó utilizando el TCT 716 Lambda Guarded Heat Flow Meter (GHFM). Esta técnica de estado estacionario consiste en colocar una muestra de espesor conocido entre dos placas mantenidas a temperaturas diferentes, permitiendo que el calor fluya a través de la muestra. Se mide el flujo de calor a través del espesor de la muestra y, a continuación, se calcula la Conductividad térmicaLa conductividad térmica (λ con la unidad W/(m-K)) describe el transporte de energía -en forma de calor- a través de un cuerpo de masa como resultado de un gradiente de temperatura (véase la fig. 1). Según la segunda ley de la termodinámica, el calor siempre fluye en la dirección de la temperatura más baja.conductividad térmica.
El método GHFM se distingue de otros métodos porque es especialmente eficaz para muestras tradicionalmente difíciles, por ejemplo materiales no homogéneos y anisótropos, como muestras multicapa y compuestas [1]. Además de materiales homogéneos más estándar, el GHFM también es capaz de determinar con precisión la Conductividad térmicaLa conductividad térmica (λ con la unidad W/(m-K)) describe el transporte de energía -en forma de calor- a través de un cuerpo de masa como resultado de un gradiente de temperatura (véase la fig. 1). Según la segunda ley de la termodinámica, el calor siempre fluye en la dirección de la temperatura más baja.conductividad térmica de materiales estratificados o rellenos (por ejemplo, polímeros rellenos de vidrio).
Para este estudio, se obtuvieron muestras de PTFE (tabla 1) de dos fabricantes diferentes, incluyendo una muestra de PTFE sin relleno y otra rellena de fibra de vidrio de uno de los fabricantes. Cada muestra de ensayo tenía un diámetro aproximado de 50 mm y un espesor de 3 mm. En la tabla siguiente se ofrece un resumen de la información sobre las muestras. Las mediciones se realizaron en un intervalo de temperatura de aproximadamente -10 °C a 200 °C, y la calibración se llevó a cabo con Vespel® SP-1. Se aplicó una fina capa de compuesto de junta térmica de silicona entre las muestras y las placas de los instrumentos para minimizar la resistencia interfacial. Durante las pruebas se aplicó a las muestras una presión de aproximadamente 175 kPa.
Tabla 1: Muestras de ensayo
| Muestra 1 | Muestra 2 | Muestra 3 | |
|---|---|---|---|
| Material | PTFE sin relleno | PTFE sin relleno | PTFE relleno de fibra de vidrio |
| Fabricante | A | B | B |
| Espesor de la muestra | 2.90 mm | 3.20 mm | 3.15 mm |
| DensidadLa densidad de masa se define como la relación entre la masa y el volumen. Densidad de la muestra | 2.118 g/cm³ | 2.166 g/cm³ | 2.172 g/cm³ |
Resultados y análisis
En la figura 1 se presentan los resultados de la Conductividad térmicaLa conductividad térmica (λ con la unidad W/(m-K)) describe el transporte de energía -en forma de calor- a través de un cuerpo de masa como resultado de un gradiente de temperatura (véase la fig. 1). Según la segunda ley de la termodinámica, el calor siempre fluye en la dirección de la temperatura más baja.conductividad térmica aparente frente a la temperatura de las muestras ensayadas. Las muestras sin relleno de los fabricantes A (curva azul) y B (curva naranja) coinciden con los valores esperados de la bibliografía, que es de aproximadamente 0,27 W/(m-K) a temperatura ambiente [2]. Además, la muestra 2 tiene una DensidadLa densidad de masa se define como la relación entre la masa y el volumen. densidad mayor que la muestra 1, lo que conlleva un aumento correspondiente de la Conductividad térmicaLa conductividad térmica (λ con la unidad W/(m-K)) describe el transporte de energía -en forma de calor- a través de un cuerpo de masa como resultado de un gradiente de temperatura (véase la fig. 1). Según la segunda ley de la termodinámica, el calor siempre fluye en la dirección de la temperatura más baja.conductividad térmica. Como era de esperar, la muestra con relleno de fibra de vidrio presenta una Conductividad térmicaLa conductividad térmica (λ con la unidad W/(m-K)) describe el transporte de energía -en forma de calor- a través de un cuerpo de masa como resultado de un gradiente de temperatura (véase la fig. 1). Según la segunda ley de la termodinámica, el calor siempre fluye en la dirección de la temperatura más baja.conductividad térmica significativamente mayor. Además, se sabe que el PTFE experimenta una Transiciones de faseEl término transición de fase (o cambio de fase) se utiliza más comúnmente para describir las transiciones entre los estados sólido, líquido y gaseoso.transición de fase sólido-sólido a temperatura ambiente [3], lo que resulta evidente en el notable cambio de la Conductividad térmicaLa conductividad térmica (λ con la unidad W/(m-K)) describe el transporte de energía -en forma de calor- a través de un cuerpo de masa como resultado de un gradiente de temperatura (véase la fig. 1). Según la segunda ley de la termodinámica, el calor siempre fluye en la dirección de la temperatura más baja.conductividad térmica aparente en esta región de temperatura. (Cabe señalar que durante esta región de Transiciones de faseEl término transición de fase (o cambio de fase) se utiliza más comúnmente para describir las transiciones entre los estados sólido, líquido y gaseoso.transición de fase, el material absorbe calor, cuyos efectos no entran en el ámbito de esta nota de aplicación). Por encima de esta región de Transiciones de faseEl término transición de fase (o cambio de fase) se utiliza más comúnmente para describir las transiciones entre los estados sólido, líquido y gaseoso.transición de fase, el efecto del aumento de temperatura sobre la Conductividad térmicaLa conductividad térmica (λ con la unidad W/(m-K)) describe el transporte de energía -en forma de calor- a través de un cuerpo de masa como resultado de un gradiente de temperatura (véase la fig. 1). Según la segunda ley de la termodinámica, el calor siempre fluye en la dirección de la temperatura más baja.conductividad térmica es mínimo [4].
Resumen
Los resultados mostraron que las muestras sin relleno de ambos fabricantes coincidían con los valores de Conductividad térmicaLa conductividad térmica (λ con la unidad W/(m-K)) describe el transporte de energía -en forma de calor- a través de un cuerpo de masa como resultado de un gradiente de temperatura (véase la fig. 1). Según la segunda ley de la termodinámica, el calor siempre fluye en la dirección de la temperatura más baja.conductividad térmica esperados del PTFE sin relleno basados en fuentes bibliográficas. La muestra con mayor DensidadLa densidad de masa se define como la relación entre la masa y el volumen. densidad mostró una Conductividad térmicaLa conductividad térmica (λ con la unidad W/(m-K)) describe el transporte de energía -en forma de calor- a través de un cuerpo de masa como resultado de un gradiente de temperatura (véase la fig. 1). Según la segunda ley de la termodinámica, el calor siempre fluye en la dirección de la temperatura más baja.conductividad térmica más alta, y la muestra rellena de fibra de vidrio demostró una conductividad térmica mayor. Además, el PTFE experimentó una Transiciones de faseEl término transición de fase (o cambio de fase) se utiliza más comúnmente para describir las transiciones entre los estados sólido, líquido y gaseoso.transición de fase sólido-sólido a temperatura ambiente, que se hizo evidente en el cambio de conductividad térmica. Por encima de esta Transiciones de faseEl término transición de fase (o cambio de fase) se utiliza más comúnmente para describir las transiciones entre los estados sólido, líquido y gaseoso.transición de fase, el efecto de la temperatura sobre la conductividad térmica fue mínimo. Los resultados de este estudio demuestran que el TCT 716 Lambda es muy eficaz para analizar las propiedades térmicas del PTFE relleno y sin rellenar.