Johdanto
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 voidaan määrittää eri menetelmillä. Yksi vakiintunut ja tunnustettu menetelmä on LFA (Laser Flash Analysis). Tällä menetelmällä määritetään ensisijaisesti lämpödiffuusiokyky α, minkä jälkeen voidaan laskea 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 λ kaavaa 1 käyttäen yhdessä tiheyttä ρ ja ominaislämpökapasiteettia Ominaislämpökapasiteetti (cp)Lämpökapasiteetti on materiaalikohtainen fysikaalinen suure, joka määräytyy näytteeseen syötetyn lämmön määrän ja siitä aiheutuvan lämpötilan nousun perusteella. Ominaislämpökapasiteetti suhteutetaan näytteen massayksikköön.cp koskevien tietojen kanssa.
Lämmönjohtavuuden määrittämiseksi LFA:n avulla tarvitaan siis yhteensä kolme eri ominaisuuksien mittausta. TCT 716 Lambda, joka toimii GHFM-menetelmän (Guarded Heat Flow Meter) mukaisesti, 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 voidaan kuitenkin mitata suoraan. Tämä vähentää mittausvaivaa ja helpottaa käyttäjän kannalta halutun mittausarvon tuottamista.
PEEK (polyeetterieetteriketoni)
PEEK (polyeetterieetteriketoni) on korkeasti sulava polymeeri ja korkean suorituskyvyn omaava kestomuovi. Erinomaisen kestävyytensä ansiosta PEEK:tä käytetään usein silloin, kun sen on kestettävä suuria kuormituksia epäsuotuisissa lämpö- ja/tai kemiallisissa olosuhteissa. Esimerkkejä sovelluksista löytyy ilmailu- ja avaruusteollisuudesta, lääketieteellisestä teknologiasta ja kemianteollisuudesta.
Mittausolosuhteet
Seuraavat mittaukset tehtiin PEEK:lle. Kaikki näytteet valmistettiin suuremmasta sauvasta.
- Lämmönjohtavuuden määrittäminen TCT 716 Lambda -mittarilla kahdesta näytteestä, joiden halkaisija oli 51 mm ja paksuus 3 mm.
- Lämpödiffuusiokyvyn määrittäminen LFA 467 HyperFlash® -mittarilla kahdesta näytteestä, joiden halkaisija oli 12,7 mm ja paksuus 2 mm.
- Tiheyden määrittäminen huoneenlämpötilassa LFA-näytteistä kelluntamenetelmällä.
- Ominaislämpökapasiteetin määrittäminen DSC 204 F1 Phoenix® -menetelmällä kahdesta näytteestä, joiden halkaisija on 4 mm ja paksuus 1 mm.
Mittaustulokset
Kuvassa 1 esitetään PEEK:n lämmönjohtavuuden tulokset TCT:llä mitattuna lämpötilan funktiona. Siniset ja vihreät pisteet tai timantit osoittavat kahden PEEK-näytteen tulokset kahdella eri TCT-laitteella 25 °C:sta enintään 250 °C:seen. 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 pyrkii kasvamaan lämpötilan noustessa. TCT-mittaukset osoittavat hyvää toistettavuutta (enintään ± 2 %). TCT-laitteet kalibroitiin mittauksia varten sulatetulla piidioksidilla.
Kuvassa 2 esitetään yhteenveto TCT- ja LFA-mittausten tuloksista. Oranssi ja keltainen risti kuvaavat LFA:lla saatuja tuloksia. Tätä varten määritettiin ominaislämpökapasiteetti DSC:n avulla ja TiheysMassatiheys määritellään massan ja tilavuuden suhteena. tiheys määritettiin huoneenlämmössä. Punaiset pisteet virhepalkkeineen edustavat kaikkien mittausten keskiarvoa. Kaikkien testien tulokset ovat ± 5 %:n tarkkuudella.
Yhteenveto
TCT 716 Lambda avulla lämmönjohtavuuden määrittäminen on helppoa ja mitattu arvo voidaan määrittää suoraan. Vertailu muihin vakiintuneisiin menetelmiin, kuten LFA-menetelmään, osoittaa mittaustulosten hyvän yhdenmukaisuuden ja toistettavuuden.