Bevezetés
A poliéter-éter-keton (PEEK) egy nagy teljesítményű hőre lágyuló műanyag, amelyet kiváló hőstabilitása, mechanikai szilárdsága és kémiai ellenállása miatt széles körben alkalmaznak igényes műszaki alkalmazásokban. Az Ensinger által gyártott kereskedelmi minőségű termékek, mint például a TECAPEEK® natural és az üvegszállal erősített TECAPEEK® GF30 natural (1. ábra), általánosan használatosak az anyag teljesítményének adott alkalmazásokhoz való igazítására.
A TECAPEEK® natural egy töltőanyag-mentes PEEK-minőség, sűrűsége ~1,31 g/cm³, míg a TECAPEEK® GF30 natural 30%-os üvegszál-tartalommal rendelkezik, sűrűsége pedig ~1,53 g/cm³. Mindkét anyag ~250–260 °C-os hosszú távú üzemi hőmérsékletet bír el, és a közzétett Hővezető képességA hővezető képesség (λ, mértékegysége W/(m-K)) az energia - hő formájában történő - szállítását írja le egy tömegtestben a hőmérséklet-gradiens hatására (lásd az 1. ábrát). A termodinamika második törvénye szerint a hő mindig az alacsonyabb hőmérséklet irányába áramlik.hővezető képességük ~0,29 W/(m·K) (TECAPEEK® natural) és ~0,30 W/(m·K) (TECAPEEK® GF30 natural) [2, 3].
Ebben az alkalmazási útmutatóban a TECAPEEK® natural és a TECAPEEK® GF30 natural Hővezető képességA hővezető képesség (λ, mértékegysége W/(m-K)) az energia - hő formájában történő - szállítását írja le egy tömegtestben a hőmérséklet-gradiens hatására (lásd az 1. ábrát). A termodinamika második törvénye szerint a hő mindig az alacsonyabb hőmérséklet irányába áramlik.hővezető képességét -10 °C és 250 °C közötti hőmérsékleti tartományban értékeltük egy NETZSCH TCT 716 Lambda védőburkolatú hőáramlásmérő (GHFM) és egy NETZSCH LFA 717 HyperFlash® lézeres villanásos elemző (LFA) segítségével. A vizsgált anyagokat az Ensinger szállította kereskedelmi forgalomban kapható készletként, így biztosítva a valós alkalmazásokhoz való közvetlen relevanciát. Ez a hőmérsékleti tartomány tükrözi a tipikus üzemi feltételeket olyan iparágakban, mint a repülőgépipar, az autóipar, a villamosmérnöki ipar és a vegyipar, ahol a hőátadási tulajdonságok befolyásolják a hőelvezetést és az alkatrészek megbízhatóságát. A jelen alkalmazási útmutatóban bemutatott kísérleti adatok független információkat nyújtanak a mérnököknek a kereskedelemben kapható anyagokról, támogatva ezzel a tervezési döntéseket olyan esetekben, amikor ilyen adatok nem állnak rendelkezésre.
Kísérleti
A GHFM-módszer a Hővezető képességA hővezető képesség (λ, mértékegysége W/(m-K)) az energia - hő formájában történő - szállítását írja le egy tömegtestben a hőmérséklet-gradiens hatására (lásd az 1. ábrát). A termodinamika második törvénye szerint a hő mindig az alacsonyabb hőmérséklet irányába áramlik.hővezető képesség közvetlen, állandósult állapotú mérését teszi lehetővé, így egyértelműen értékelhetővé válik a hőátvitel egyensúlyi körülmények között. Ezzel szemben az LFA egy tranziens technika, amely a hőterjedési együtthatót (α) méri, amely azt a sebességet tükrözi, amellyel a hő terjed az anyagon keresztül. A Hővezető képességA hővezető képesség (λ, mértékegysége W/(m-K)) az energia - hő formájában történő - szállítását írja le egy tömegtestben a hőmérséklet-gradiens hatására (lásd az 1. ábrát). A termodinamika második törvénye szerint a hő mindig az alacsonyabb hőmérséklet irányába áramlik.hővezető képesség (λ) meghatározásához ezzel a technikával a mért hőterjedési együtthatót össze kell vonni a függetlenül meghatározott fajlagos hőkapacitással (Fajlagos hőkapacitás (cp)A hőkapacitás egy anyagspecifikus fizikai mennyiség, amelyet a mintadarabba juttatott hőmennyiség és az ebből eredő hőmérséklet-emelkedés hányadosa határoz meg. A fajlagos hőkapacitás a minta egységnyi tömegére vonatkozik.cp) és sűrűséggel (ρ). Ezt az összefüggést a következő képlet fejezi ki:
Ez a kombinált megközelítés lehetővé teszi a közvetlen és a számított hővezető képességi értékek közötti keresztellenőrzést, növelve ezzel a mért eredmények megbízhatóságát.
A fajlagos hőkapacitást egy NETZSCH DSC 300 Caliris® differenciális letapogató kaloriméter (DSC) segítségével határoztuk meg, míg a hőmérséklettől függő sűrűséget a hőtágulási mérésekből nyertük egy NETZSCH 402 Expedis® dilatométer (DIL) segítségével.
A méréseket -10 °C és 250 °C közötti hőmérsékleti tartományban végeztük, hogy a tipikus üzemeltetési körülmények között – beleértve az üveges átmeneti tartományt is – megfigyelhessük a viselkedést.
Eredmények és megbeszélés
A TECAPEEK® natural és a TECAPEEK® GF30 natural hőmérsékletfüggő Fajlagos hőkapacitás (cp)A hőkapacitás egy anyagspecifikus fizikai mennyiség, amelyet a mintadarabba juttatott hőmennyiség és az ebből eredő hőmérséklet-emelkedés hányadosa határoz meg. A fajlagos hőkapacitás a minta egységnyi tömegére vonatkozik.fajlagos hőkapacitását (Fajlagos hőkapacitás (cp)A hőkapacitás egy anyagspecifikus fizikai mennyiség, amelyet a mintadarabba juttatott hőmennyiség és az ebből eredő hőmérséklet-emelkedés hányadosa határoz meg. A fajlagos hőkapacitás a minta egységnyi tömegére vonatkozik.cp) megmértük az LFA-alapú hővezető képességi számításokhoz (2. ábra). A teljes hőmérsékleti tartományban a töltőanyag nélküli anyag magasabb Cp-értékeket mutat, mint az üvegszállal erősített anyag, mivel a szervetlen szálak alacsonyabb hőkapacitással járulnak hozzá a rendszerhez. Mindkét anyag egyértelmű üvegesedési átmenetet mutat: a TECAPEEK® natural esetében a középpont 157 °C körül van, míg a TECAPEEK® GF30 natural esetében a középpont valamivel alacsonyabb, 152 °C-on van. A PEEK üvegesedési viselkedése Hőmérséklet-modulált DSCA hőmérséklet-modulált DSC (TM-DSC) az azonos hőmérséklet-tartományban fellépő és a DSC-görbén átfedő többszörös hőhatások elkülönítésére szolgál.hőmérséklet-modulált DSC segítségével is nyomon követhető [4].
A TECAPEEK® natural és a TECAPEEK® GF30 natural hőmérsékletfüggő hő tágulását megmértük a diffúziós számításokban a mintavastagság, valamint a Hővezető képességA hővezető képesség (λ, mértékegysége W/(m-K)) az energia - hő formájában történő - szállítását írja le egy tömegtestben a hőmérséklet-gradiens hatására (lásd az 1. ábrát). A termodinamika második törvénye szerint a hő mindig az alacsonyabb hőmérséklet irányába áramlik.hővezető képesség meghatározásában a SűrűségA tömegsűrűséget a tömeg és a térfogat arányaként határozzák meg. sűrűség korrigálása érdekében (3. ábra); ezeknek az adatoknak a további elemzése azonban értékes betekintést nyújt az anyag viselkedésébe is. Az üvegesedési hőmérséklet (Tg) közelében a tágulás jelentős növekedése figyelhető meg, ahol a megnövekedett láncmobilitás magasabb hőtágulási együtthatót eredményez. Az üvegszál-erősítésű anyag esetében a tágulást erősen befolyásolja a szálirányból, a mikroszerkezetből és a feldolgozási előzményekből adódó anizotrópia, ami a száliránytól függő viselkedést eredményez [5].
A GHFM és az LFA segítségével kapott hővezető képességi mérések a teljes hőmérsékleti tartományban szoros egyezést mutatnak, mindkét anyag esetében a Hővezető képességA hővezető képesség (λ, mértékegysége W/(m-K)) az energia - hő formájában történő - szállítását írja le egy tömegtestben a hőmérséklet-gradiens hatására (lásd az 1. ábrát). A termodinamika második törvénye szerint a hő mindig az alacsonyabb hőmérséklet irányába áramlik.hővezető képesség a hőmérséklet emelkedésével növekszik (4. ábra). A TECAPEEK® GF30 natural következetesen magasabb hővezető képességet mutat, mint a TECAPEEK® natural, ami az üvegszálak által biztosított jobb hőátadási útvonalaknak tulajdonítható.
A jelen tanulmányban kapott hővezető képességi eredmények szintén jól egyeznek az „ NETZSCH ” 327. számú alkalmazási jegyzetében [5] közölt értékekkel, különösen mind az abszolút értékek, mind a hőmérséklettől függő tendenciák tekintetében. A 327. számú alkalmazási jegyzetben a közvetlen GHFM-méréssel és a közvetett LFA-számításokkal meghatározott Hővezető képességA hővezető képesség (λ, mértékegysége W/(m-K)) az energia - hő formájában történő - szállítását írja le egy tömegtestben a hőmérséklet-gradiens hatására (lásd az 1. ábrát). A termodinamika második törvénye szerint a hő mindig az alacsonyabb hőmérséklet irányába áramlik.hővezető képesség szoros összefüggést mutat, amennyiben megfelelőFajlagos hőkapacitás (cp)A hőkapacitás egy anyagspecifikus fizikai mennyiség, amelyet a mintadarabba juttatott hőmennyiség és az ebből eredő hőmérséklet-emelkedés hányadosa határoz meg. A fajlagos hőkapacitás a minta egységnyi tömegére vonatkozik.cp- és sűrűségadatokat használnak. Hasonlóképpen, a jelen tanulmány is kiváló összhangot mutat a GHFM- és az LFA-eredmények között a teljes hőmérsékleti tartományban, az eltérések pedig a tipikus kísérleti bizonytalanság határain belül maradnak. Összességében a jelen tanulmány és a korábbi munkák közötti szoros egyezés megerősíti a GHFM- és az LFA-módszerek megbízhatóságát, és igazolja e módszerek alkalmazhatóságát mind a töltőanyag nélküli, mind az üvegszállal erősített PEEK-rendszerek esetében.
Összefoglalás
A TECAPEEK® natural és a TECAPEEK® GF30 natural Hővezető képességA hővezető képesség (λ, mértékegysége W/(m-K)) az energia - hő formájában történő - szállítását írja le egy tömegtestben a hőmérséklet-gradiens hatására (lásd az 1. ábrát). A termodinamika második törvénye szerint a hő mindig az alacsonyabb hőmérséklet irányába áramlik.hővezető képességét -10 °C és 250 °C közötti hőmérsékleti tartományban értékelték védett hőáram-mérővel (GHFM) és lézeres villanáselemzéssel (LFA). Az eredmények azt mutatják, hogy mindkét anyag esetében a Hővezető képességA hővezető képesség (λ, mértékegysége W/(m-K)) az energia - hő formájában történő - szállítását írja le egy tömegtestben a hőmérséklet-gradiens hatására (lásd az 1. ábrát). A termodinamika második törvénye szerint a hő mindig az alacsonyabb hőmérséklet irányába áramlik.hővezető képesség a hőmérséklet emelkedésével növekszik, wobei a TECAPEEK® GF30 natural az üvegszálas erősítésnek köszönhetően fokozott hőátadás miatt magasabb hővezető képességet mutat. A GHFM- és az LFA-eredmények közötti szoros egyezés, valamint a korábbi NETZSCH tanulmányokkal való összhang bizonyítja e módszerek megbízhatóságát a hőjellemzés terén.