Johdanto
PTFE (polytetrafluorieteeni), joka tunnetaan myös nimellä Teflon®, on termoplastinen polymeeri, joka tunnetaan erinomaisesta kemikaalien ja lämmönkestävyydestään. Sitä käytetään yleisesti erilaisissa sovelluksissa, kuten keittoastioissa, sähköeristeissä, lääketieteellisissä ja laboratoriolaitteissa, voiteluaineissa, tiivisteissä ja tiivistemateriaaleissa. Lisäksi PTFE:hen voidaan lisätä täyteaineita sen ominaisuuksien muuttamiseksi. Esimerkiksi lasitäyteaineita lisätään usein sen lämpö- ja mekaanisten ominaisuuksien parantamiseksi. Siksi on tärkeää ymmärtää sekä täyttämättömän että täytetyn PTFE:n lämpökäyttäytyminen koko sen käyttölämpötila-alueella.
Kokeellinen
LämmönjohtavuusLämmönjohtavuus (λ, yksikkö W/(m-K)) kuvaa lämmön muodossa olevan energian kulkeutumista massakappaleen läpi lämpötilagradientin vaikutuksesta (ks. kuva 1). Termodynamiikan toisen lain mukaan lämpö virtaa aina alemman lämpötilan suuntaan.Lämmönjohtavuus määritettiin TCT 716 Lambda Guarded Heat Flow Meter (GHFM) -mittarilla. Tässä tasaista tilaa kuvaavassa menetelmässä tunnetun paksuinen näyte asetetaan kahden eri lämpötilassa pidettävän levyn väliin, jolloin lämpö pääsee virtaamaan näytteen läpi. Näytteen paksuuden läpi kulkeva lämpövirta mitataan, minkä jälkeen lasketaan LämmönjohtavuusLämmönjohtavuus (λ, yksikkö W/(m-K)) kuvaa lämmön muodossa olevan energian kulkeutumista massakappaleen läpi lämpötilagradientin vaikutuksesta (ks. kuva 1). Termodynamiikan toisen lain mukaan lämpö virtaa aina alemman lämpötilan suuntaan.lämmönjohtavuus.
GHFM-menetelmä erottuu muista menetelmistä, koska se on erityisen tehokas perinteisesti haastaville näytteille, esimerkiksi epähomogeenisille, anisotrooppisille materiaaleille, kuten monikerros- ja komposiittinäytteille [1]. Tavallisempien homogeenisten materiaalien lisäksi GHFM-menetelmällä voidaan määrittää tarkasti myös kerroksellisten tai täytettyjen materiaalien (esim. lasitäytteisten polymeerien) LämmönjohtavuusLämmönjohtavuus (λ, yksikkö W/(m-K)) kuvaa lämmön muodossa olevan energian kulkeutumista massakappaleen läpi lämpötilagradientin vaikutuksesta (ks. kuva 1). Termodynamiikan toisen lain mukaan lämpö virtaa aina alemman lämpötilan suuntaan.lämmönjohtavuus.
Tätä tutkimusta varten PTFE-näytteitä (taulukko 1) saatiin kahdelta eri valmistajalta, mukaan luettuna sekä täyttämätön että lasikuitutäytteinen PTFE-näyte toiselta valmistajalta. Kunkin testinäytteen halkaisija oli noin 50 mm ja paksuus 3 mm. Seuraavassa taulukossa on yhteenveto näytteiden tiedoista. Mittaukset suoritettiin noin -10 °C:n ja 200 °C:n välisellä lämpötila-alueella, ja kalibrointi suoritettiin Vespel® SP-1:llä. Näytteiden ja kojelevyjen väliin levitettiin ohut kerros silikonista lämpöliitosmassaa rajapintaresistanssin minimoimiseksi. Koekappaleisiin kohdistettiin testauksen aikana noin 175 kPa:n paine.
Taulukko 1: Koekappaleet
| Näyte 1 | Näyte 2 | Näyte 3 | |
|---|---|---|---|
| Materiaali | Täyttämätön PTFE | Täyttämätön PTFE | Lasikuidulla täytetty PTFE |
| Valmistaja | A | B | B |
| Näytteen paksuus | 2.90 mm | 3.20 mm | 3.15 mm |
| Näytteen TiheysMassatiheys määritellään massan ja tilavuuden suhteena. tiheys | 2.118 g/cm³ | 2.166 g/cm³ | 2.172 g/cm³ |
Tulokset ja analyysi
Kuvassa 1 esitetään testattujen näytteiden näennäinen LämmönjohtavuusLämmönjohtavuus (λ, yksikkö W/(m-K)) kuvaa lämmön muodossa olevan energian kulkeutumista massakappaleen läpi lämpötilagradientin vaikutuksesta (ks. kuva 1). Termodynamiikan toisen lain mukaan lämpö virtaa aina alemman lämpötilan suuntaan.lämmönjohtavuus lämpötilan suhteen. Valmistajien A (sininen käyrä) ja B (oranssi käyrä) täyttämättömät näytteet vastaavat kirjallisuuden odotettuja arvoja, jotka ovat noin 0,27 W/(m-K) huoneenlämmössä [2]. Lisäksi näytteen 2 TiheysMassatiheys määritellään massan ja tilavuuden suhteena. tiheys on suurempi kuin näytteen 1, mikä johtaa lämmönjohtavuuden vastaavaan kasvuun. Odotetusti lasikuitutäyteaineella varustetun näytteen LämmönjohtavuusLämmönjohtavuus (λ, yksikkö W/(m-K)) kuvaa lämmön muodossa olevan energian kulkeutumista massakappaleen läpi lämpötilagradientin vaikutuksesta (ks. kuva 1). Termodynamiikan toisen lain mukaan lämpö virtaa aina alemman lämpötilan suuntaan.lämmönjohtavuus on huomattavasti korkeampi. Lisäksi PTFE:n tiedetään siirtyvän kiinteästä kiinteään faasiin huoneenlämmössä [3], mikä näkyy näennäisen lämmönjohtavuuden huomattavana muutoksena tällä lämpötila-alueella. (On huomattava, että tämän faasimuutosalueen aikana materiaali absorboi lämpöä, jonka vaikutukset eivät kuulu tämän sovellusohjeen soveltamisalaan). Tämän faasimuutosalueen yläpuolella lämpötilan nousun vaikutus lämmönjohtavuuteen on minimaalinen [4].
Yhteenveto
Tulokset osoittivat, että molempien valmistajien täyttämättömät näytteet vastasivat kirjallisuuslähteisiin perustuvia täyttämättömän PTFE:n lämmönjohtavuuden odotettuja arvoja. Suuremmalla tiheydellä varustetun näytteen LämmönjohtavuusLämmönjohtavuus (λ, yksikkö W/(m-K)) kuvaa lämmön muodossa olevan energian kulkeutumista massakappaleen läpi lämpötilagradientin vaikutuksesta (ks. kuva 1). Termodynamiikan toisen lain mukaan lämpö virtaa aina alemman lämpötilan suuntaan.lämmönjohtavuus oli korkeampi, ja lasikuitutäytteisen näytteen LämmönjohtavuusLämmönjohtavuus (λ, yksikkö W/(m-K)) kuvaa lämmön muodossa olevan energian kulkeutumista massakappaleen läpi lämpötilagradientin vaikutuksesta (ks. kuva 1). Termodynamiikan toisen lain mukaan lämpö virtaa aina alemman lämpötilan suuntaan.lämmönjohtavuus oli suurempi. Lisäksi PTFE:ssä tapahtui huoneenlämmössä kiinteä-kiinteä Vaiheen siirtymätTermiä faasimuutos (tai faasimuutos) käytetään yleisimmin kuvaamaan siirtymiä kiinteän, nestemäisen ja kaasumaisen tilan välillä.faasimuutos, mikä näkyi lämmönjohtavuuden muutoksessa. Tämän faasimuutoksen yläpuolella lämpötilan vaikutus lämmönjohtavuuteen oli minimaalinen. Tämän tutkimuksen tulokset osoittavat, että TCT 716 Lambda on erittäin tehokas sekä täyttämättömän että täytetyn PTFE:n lämpöominaisuuksien analysointiin.