Pendahuluan
Polyether ether ketone (PEEK) adalah termoplastik berkinerja tinggi yang banyak digunakan dalam aplikasi teknik yang menuntut berkat Stabilitas TermalSuatu bahan dikatakan stabil secara termal jika tidak terurai di bawah pengaruh suhu. Salah satu cara untuk menentukan stabilitas termal suatu zat adalah dengan menggunakan TGA (penganalisis termogravimetri). stabilitas termal, kekuatan mekanik, dan ketahanan kimianya yang sangat baik. Tipe komersial seperti TECAPEEK® natural dan TECAPEEK® GF30 natural yang diperkuat serat kaca (Gambar 1), yang diproduksi oleh Ensinger, umumnya digunakan untuk menyesuaikan kinerja material sesuai dengan aplikasi spesifik.
TECAPEEK® natural adalah varian PEEK tanpa pengisi dengan KepadatanDensitas massa didefinisikan sebagai rasio antara massa dan volume. kepadatan ~1,31 g/cm³, sedangkan TECAPEEK® GF30 natural mengandung 30% serat kaca dan memiliki KepadatanDensitas massa didefinisikan sebagai rasio antara massa dan volume. kepadatan ~1,53 g/cm³. Kedua bahan tersebut mendukung suhu pengoperasian jangka panjang sekitar 250 hingga 260°C, dan Konduktivitas TermalKonduktivitas termal (λ dengan satuan W/(m-K)) menggambarkan pengangkutan energi - dalam bentuk panas - melalui benda bermassa sebagai hasil dari gradien suhu (lihat gbr. 1). Menurut hukum termodinamika kedua, panas selalu mengalir ke arah suhu yang lebih rendah.konduktivitas termal yang dilaporkan masing-masing adalah sekitar 0,29 W/(m·K) (TECAPEEK® natural) dan sekitar 0,30 W/(m·K) (TECAPEEK® GF30 natural) [2, 3].
Dalam Catatan Aplikasi ini, Konduktivitas TermalKonduktivitas termal (λ dengan satuan W/(m-K)) menggambarkan pengangkutan energi - dalam bentuk panas - melalui benda bermassa sebagai hasil dari gradien suhu (lihat gbr. 1). Menurut hukum termodinamika kedua, panas selalu mengalir ke arah suhu yang lebih rendah.konduktivitas termal TECAPEEK® natural dan TECAPEEK® GF30 natural dievaluasi pada rentang suhu -10°C hingga 250°C menggunakan alat ukur aliran panas berpelindung (GHFM) dari NETZSCH TCT 716 Lambda dan alat analisis kilatan laser (LFA) dari NETZSCH LFA 717 HyperFlash® . Bahan-bahan yang diuji disediakan oleh Ensinger dalam bentuk stok komersial, sehingga menjamin relevansi langsung dengan aplikasi di dunia nyata. Rentang suhu ini mencerminkan kondisi operasional umum di berbagai industri seperti dirgantara, otomotif, teknik elektro, dan pengolahan kimia, di mana sifat transportasi termal memengaruhi pembuangan panas dan keandalan komponen. Data eksperimental yang disajikan dalam catatan aplikasi ini memberikan para insinyur data independen mengenai bahan-bahan yang tersedia secara komersial untuk mendukung keputusan desain ketika data semacam itu tidak tersedia.
Eksperimental
Metode GHFM memungkinkan pengukuran Konduktivitas TermalKonduktivitas termal (λ dengan satuan W/(m-K)) menggambarkan pengangkutan energi - dalam bentuk panas - melalui benda bermassa sebagai hasil dari gradien suhu (lihat gbr. 1). Menurut hukum termodinamika kedua, panas selalu mengalir ke arah suhu yang lebih rendah.konduktivitas termal secara langsung dalam kondisi steady-state, sehingga memudahkan evaluasi perpindahan panas dalam kondisi kesetimbangan. Sebaliknya, LFA adalah teknik transien yang mengukur Difusivitas TermalDifusivitas termal (a dengan satuan mm2 /s) adalah properti khusus material untuk mengkarakterisasi konduksi panas yang tidak stabil. Nilai ini menggambarkan seberapa cepat suatu bahan bereaksi terhadap perubahan suhu.difusivitas termal (α), yang mencerminkan laju penyebaran panas melalui suatu bahan. Untuk menentukan Konduktivitas TermalKonduktivitas termal (λ dengan satuan W/(m-K)) menggambarkan pengangkutan energi - dalam bentuk panas - melalui benda bermassa sebagai hasil dari gradien suhu (lihat gbr. 1). Menurut hukum termodinamika kedua, panas selalu mengalir ke arah suhu yang lebih rendah.konduktivitas termal (λ) menggunakan teknik ini, difusivitas yang diukur digabungkan dengan kapasitas panas jenis (Kapasitas Panas Spesifik (cp)Kapasitas panas adalah kuantitas fisik spesifik material, ditentukan oleh jumlah panas yang disuplai ke spesimen, dibagi dengan kenaikan suhu yang dihasilkan. Kapasitas panas spesifik terkait dengan satuan massa spesimen.cp) dan massa jenis (ρ) yang ditentukan secara terpisah. Hubungan ini dinyatakan sebagai:
Pendekatan gabungan ini memungkinkan validasi silang antara nilai Konduktivitas TermalKonduktivitas termal (λ dengan satuan W/(m-K)) menggambarkan pengangkutan energi - dalam bentuk panas - melalui benda bermassa sebagai hasil dari gradien suhu (lihat gbr. 1). Menurut hukum termodinamika kedua, panas selalu mengalir ke arah suhu yang lebih rendah.konduktivitas termal langsung dan yang dihitung, sehingga meningkatkan keandalan hasil pengukuran.
Kapasitas panas jenis ditentukan menggunakan kalorimeter pemindaian diferensial (DSC) NETZSCH DSC 300 Caliris®, sedangkan KepadatanDensitas massa didefinisikan sebagai rasio antara massa dan volume. kepadatan yang bergantung pada suhu diperoleh dari pengukuran ekspansi termal melalui dilatometer (DIL) NETZSCH 402 Expedis®.
Pengukuran dilakukan pada rentang suhu -10°C hingga 250°C untuk menangkap perilaku material dalam kondisi operasional yang umum, termasuk daerah transisi kaca.
Hasil dan Pembahasan
Kapasitas panas jenis (Kapasitas Panas Spesifik (cp)Kapasitas panas adalah kuantitas fisik spesifik material, ditentukan oleh jumlah panas yang disuplai ke spesimen, dibagi dengan kenaikan suhu yang dihasilkan. Kapasitas panas spesifik terkait dengan satuan massa spesimen.cp) yang bergantung pada suhu dari TECAPEEK® natural dan TECAPEEK® GF30 natural diukur untuk digunakan dalam perhitungan Konduktivitas TermalKonduktivitas termal (λ dengan satuan W/(m-K)) menggambarkan pengangkutan energi - dalam bentuk panas - melalui benda bermassa sebagai hasil dari gradien suhu (lihat gbr. 1). Menurut hukum termodinamika kedua, panas selalu mengalir ke arah suhu yang lebih rendah.konduktivitas termal berbasis LFA (Gambar 2). Di seluruh rentang suhu, bahan tanpa pengisi menunjukkan nilai Cp yang lebih tinggi daripada bahan yang diperkuat serat kaca karena kontribusi kapasitas panas yang lebih rendah dari serat anorganik. Kedua bahan tersebut menunjukkan transisi gelas yang jelas, dengan TECAPEEK® natural menunjukkan titik tengah sekitar 157°C, sedangkan TECAPEEK® GF30 natural menunjukkan titik tengah yang sedikit lebih rendah pada 152°C. Perilaku transisi kaca PEEK juga dapat dipantau dengan menggunakan DSC termodulasi suhu [4].
Perluasan termal yang bergantung pada suhu pada TECAPEEK® natural dan TECAPEEK® GF30 natural diukur untuk mengoreksi ketebalan sampel dalam perhitungan difusivitas serta KepadatanDensitas massa didefinisikan sebagai rasio antara massa dan volume. kepadatan dalam penentuan Konduktivitas TermalKonduktivitas termal (λ dengan satuan W/(m-K)) menggambarkan pengangkutan energi - dalam bentuk panas - melalui benda bermassa sebagai hasil dari gradien suhu (lihat gbr. 1). Menurut hukum termodinamika kedua, panas selalu mengalir ke arah suhu yang lebih rendah.konduktivitas termal (Gambar 3); namun, analisis lebih lanjut terhadap data ini juga memberikan wawasan berharga mengenai perilaku material. Peningkatan ekspansi yang signifikan diamati di dekat suhu transisi kaca (Tg), di mana peningkatan mobilitas rantai menyebabkan koefisien ekspansi termal yang lebih tinggi. Pada bahan yang diperkuat serat kaca, ekspansi sangat dipengaruhi oleh anisotropi yang timbul dari orientasi serat, mikrostruktur, dan riwayat pemrosesan, sehingga menghasilkan perilaku yang bergantung pada arah serat [5].
Pengukuran Konduktivitas TermalKonduktivitas termal (λ dengan satuan W/(m-K)) menggambarkan pengangkutan energi - dalam bentuk panas - melalui benda bermassa sebagai hasil dari gradien suhu (lihat gbr. 1). Menurut hukum termodinamika kedua, panas selalu mengalir ke arah suhu yang lebih rendah.konduktivitas termal yang diperoleh dari GHFM dan LFA menunjukkan kesesuaian yang kuat di seluruh rentang suhu, dengan kedua bahan tersebut menunjukkan peningkatan konduktivitas seiring kenaikan suhu (Gambar 4). TECAPEEK® GF30 natural secara konsisten menunjukkan Konduktivitas TermalKonduktivitas termal (λ dengan satuan W/(m-K)) menggambarkan pengangkutan energi - dalam bentuk panas - melalui benda bermassa sebagai hasil dari gradien suhu (lihat gbr. 1). Menurut hukum termodinamika kedua, panas selalu mengalir ke arah suhu yang lebih rendah.konduktivitas termal yang lebih tinggi daripada TECAPEEK® natural, yang dikaitkan dengan jalur transfer panas yang lebih baik berkat serat kaca.
Hasil Konduktivitas TermalKonduktivitas termal (λ dengan satuan W/(m-K)) menggambarkan pengangkutan energi - dalam bentuk panas - melalui benda bermassa sebagai hasil dari gradien suhu (lihat gbr. 1). Menurut hukum termodinamika kedua, panas selalu mengalir ke arah suhu yang lebih rendah.konduktivitas termal yang diperoleh dalam penelitian ini juga sangat sesuai dengan yang dilaporkan dalam Catatan Aplikasi 327 dari NETZSCH [5], terutama baik dalam nilai absolut maupun tren yang bergantung pada suhu. Dalam Catatan Aplikasi 327, konduktivitas termal yang ditentukan melalui pengukuran GHFM langsung dan perhitungan LFA tidak langsung menunjukkan korelasi yang erat ketikanilai Kapasitas Panas Spesifik (cp)Kapasitas panas adalah kuantitas fisik spesifik material, ditentukan oleh jumlah panas yang disuplai ke spesimen, dibagi dengan kenaikan suhu yang dihasilkan. Kapasitas panas spesifik terkait dengan satuan massa spesimen.cp dan densitas yang tepat digunakan sebagai masukan. Demikian pula, penelitian ini menunjukkan konsistensi yang sangat baik antara hasil GHFM dan LFA di seluruh rentang suhu, dengan penyimpangan yang tetap berada dalam batas ketidakpastian eksperimental yang umum. Secara keseluruhan, keselarasan yang erat antara penelitian ini dan penelitian sebelumnya menegaskan keandalan metode GHFM dan LFA serta memvalidasi penerapan metode-metode ini pada sistem PEEK tanpa pengisi maupun yang diperkuat serat kaca.
Ringkasan
Konduktivitas termal TECAPEEK® natural dan TECAPEEK® GF30 natural dievaluasi pada rentang suhu -10°C hingga 250°C menggunakan alat ukur aliran panas berpelindung (GHFM) dan analisis kilatan laser (LFA). Hasilnya menunjukkan bahwa konduktivitas termal meningkat seiring dengan kenaikan suhu pada kedua bahan tersebut, dengan TECAPEEK® GF30 natural menunjukkan konduktivitas yang lebih tinggi berkat peningkatan perpindahan panas melalui penguatan serat kaca. Kesesuaian yang kuat antara hasil GHFM dan LFA, ditambah dengan konsistensi dengan studi sebelumnya di NETZSCH, menunjukkan keandalan metode-metode ini dalam karakterisasi termal.