Bevezetés
A PTFE (politetrafluoretilén), más néven Teflon®, egy hőre lágyuló polimer, amely kiváló vegyszer- és hőállóságáról ismert. Általánosan használják különböző alkalmazásokban, például főzőedényekben, elektromos szigetelésekben, orvosi és laboratóriumi berendezésekben, kenőanyagokban, tömítésekben és tömítőanyagokban. Ezenkívül a PTFE-be töltőanyagokat is be lehet építeni a tulajdonságainak módosítása érdekében. Például gyakran adnak hozzá üveg töltőanyagokat, hogy javítsák a hő- és mechanikai jellemzőit. Ezért alapvető fontosságú mind a töltetlen, mind a töltött PTFE termikus viselkedésének megértése a teljes üzemi hőmérséklettartományban.
Kísérleti
A hővezető képességet a TCT 716 Lambda Guarded Heat Flow Meter (GHFM) segítségével határozták meg. Ez az állandósult állapotú technika egy ismert vastagságú mintát két különböző hőmérsékleten tartott lemez közé helyez, lehetővé téve a hő áramlását a mintán keresztül. A minta vastagságán keresztül történő hőáramlást mérik, majd kiszámítják a hővezető képességet.
A GHFM módszer azért különbözteti meg magát más módszerektől, mert különösen hatékony a hagyományosan nagy kihívást jelentő minták, például a nem homogén, anizotróp anyagok, például a többrétegű és a kompozit minták esetében [1]. A szabványosabb homogén anyagok mellett a GHFM a réteges vagy töltött anyagok (pl. üveggel töltött polimerek) 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 képességének pontos meghatározására is alkalmas.
Ehhez a vizsgálathoz két különböző gyártótól szereztünk be PTFE-mintákat (1. táblázat), köztük egy töltetlen és egy üvegszállal töltött PTFE-mintát is az egyik gyártótól. Mindegyik vizsgálati minta átmérője körülbelül 50 mm, vastagsága pedig 3 mm volt. A minta információinak összefoglalása az alábbi táblázatban található. A méréseket körülbelül -10°C és 200°C közötti hőmérséklet-tartományban végeztük, és a kalibrálást Vespel® SP-1 használatával végeztük. A próbatestek és a műszerlemezek közé vékony réteg szilikonos hőszigetelő vegyületet vittünk fel a határfelületi ellenállás minimalizálása érdekében. A vizsgálat során körülbelül 175 kPa nyomást alkalmaztunk a próbatestekre.
1. táblázat: Vizsgálati minták
| Minta 1 | Minta 2 | Minta 3. minta | |
|---|---|---|---|
| Anyag | Töltetlen PTFE | Töltetlen PTFE | Üvegszállal töltött PTFE |
| Gyártó | A | B | B |
| Minta vastagsága | 2.90 mm | 3.20 mm | 3.15 mm |
| A minta sűrűsége | 2.118 g/cm³ | 2.166 g/cm³ | 2.172 g/cm³ |
Eredmények és elemzés
A vizsgált minták látszólagos 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 a hőmérséklet függvényében az 1. ábra mutatja be. Az A (kék görbe) és a B (narancssárga görbe) gyártótól származó töltetlen minták az irodalomból származó várható értékekhez igazodnak, amelyek szobahőmérsékleten körülbelül 0,27 W/(m-K) [2]. Ezenkívül a 2. minta sűrűsége nagyobb, mint az 1. mintaé, ami 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 megfelelő növekedéséhez vezet. A várakozásoknak megfelelően az üvegszálas töltőanyaggal ellátott minta lényegesen magasabb hővezető képességet mutat. Továbbá a PTFE-ről ismert, hogy szobahőmérsékleten szilárd-szilárd fázisátalakuláson megy keresztül [3], ami a látszólagos 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 észrevehető változásában nyilvánul meg ebben a hőmérsékleti tartományban. (Meg kell jegyezni, hogy ebben a fázisátalakulási tartományban az anyag hőt vesz fel, amelynek hatásai nem tartoznak ennek az alkalmazási megjegyzésnek a tárgykörébe). E fázisátalakulási tartomány felett a hőmérsékletnövekedés hatása a hővezető képességre minimális [4].
Összefoglaló
Az eredmények azt mutatták, hogy mindkét gyártó töltetlen mintái megfeleltek a szakirodalmi források alapján a töltetlen PTFE várható hővezetési értékeinek. A nagyobb SűrűségA tömegsűrűséget a tömeg és a térfogat arányaként határozzák meg. sűrűségű minta magasabb hővezető képességet mutatott, az üvegszállal töltött minta pedig megnövekedett hővezető képességet mutatott. Emellett a PTFE szobahőmérsékleten szilárd-szilárd fázisátalakuláson ment keresztül, ami 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 változásában is megmutatkozott. E FázisátmenetekA fázisátalakulás (vagy fázisváltás) kifejezést leggyakrabban a szilárd, folyékony és gáz halmazállapotok közötti átmenetek leírására használják.fázisátmenet felett a hőmérsékletnek a hővezető képességre gyakorolt hatása minimális volt. E vizsgálat eredményei azt mutatják, hogy a TCT 716 Lambda rendkívül hatékony mind a töltetlen, mind a töltött PTFE hőtani tulajdonságainak elemzésére.