Introduzione
Il PTFE (politetrafluoroetilene), noto anche come Teflon®, è un polimero termoplastico noto per la sua eccellente resistenza agli agenti chimici e al calore. È comunemente utilizzato in varie applicazioni come pentole, isolamento elettrico, apparecchiature mediche e di laboratorio, lubrificanti, guarnizioni e materiali per guarnizioni. Inoltre, è possibile incorporare nel PTFE dei riempitivi per modificarne le proprietà. Ad esempio, le cariche di vetro vengono spesso aggiunte per migliorarne le caratteristiche termiche e meccaniche. Pertanto, è essenziale comprendere il comportamento termico del PTFE non caricato e di quello caricato in tutta la gamma di temperature di esercizio.
Sperimentale
La conducibilità termica è stata determinata utilizzando il misuratore di flusso termico con protezione TCT 716 Lambda (GHFM). Questa tecnica a stato stazionario prevede il posizionamento di un campione di spessore noto tra due piastre mantenute a temperature diverse, consentendo al calore di fluire attraverso il campione. Il flusso di calore attraverso lo spessore del campione viene misurato e la Conduttività termicaLa conducibilità termica (λ con unità di misura W/(m-K)) descrive il trasporto di energia - sotto forma di calore - attraverso un corpo di massa come risultato di un gradiente di temperatura (vedi fig. 1). Secondo la seconda legge della termodinamica, il calore fluisce sempre nella direzione della temperatura più bassa.conduttività termica viene calcolata.
Il metodo GHFM si distingue da altri metodi perché è particolarmente efficace per campioni tradizionalmente difficili, ad esempio materiali non omogenei e anisotropi, come quelli multistrato e compositi [1]. Oltre ai materiali omogenei più standard, il GHFM è anche in grado di determinare con precisione la Conduttività termicaLa conducibilità termica (λ con unità di misura W/(m-K)) descrive il trasporto di energia - sotto forma di calore - attraverso un corpo di massa come risultato di un gradiente di temperatura (vedi fig. 1). Secondo la seconda legge della termodinamica, il calore fluisce sempre nella direzione della temperatura più bassa.conduttività termica di materiali stratificati o riempiti (ad esempio, polimeri riempiti di vetro).
Per questo studio, sono stati ottenuti campioni di PTFE (tabella 1) da due diversi produttori, tra cui un campione di PTFE non riempito e uno riempito di fibra di vetro da uno dei produttori. Ogni campione di prova aveva un diametro di circa 50 mm e uno spessore di 3 mm. Un riepilogo delle informazioni sui campioni è riportato nella tabella seguente. Le misurazioni sono state condotte in un intervallo di temperatura compreso tra -10°C e 200°C circa e la calibrazione è stata effettuata utilizzando Vespel® SP-1. Tra i campioni e le piastre dello strumento è stato applicato un sottile strato di composto termico al silicone per ridurre al minimo la resistenza interfacciale. Durante le prove, ai campioni è stata applicata una pressione di circa 175 kPa.
Tabella 1: Campioni di prova
| Campione 1 | Campione 2 | Campione 3 | |
|---|---|---|---|
| Materiale | PTFE non riempito | PTFE non riempito | PTFE caricato con fibra di vetro |
| Produttore | A | B | B |
| Spessore del campione | 2.90 mm | 3.20 mm | 3.15 mm |
| Densità del campione | 2.118 g/cm³ | 2.166 g/cm³ | 2.172 g/cm³ |
Risultati e analisi
I risultati della conducibilità termica apparente in funzione della temperatura per i campioni testati sono presentati nella figura 1. I campioni non riempiti dei produttori A (curva blu) e B (curva arancione) sono in linea con i valori previsti dalla letteratura, che è di circa 0,27 W/(m-K) a temperatura ambiente [2]. Inoltre, il campione 2 ha una densità maggiore rispetto al campione 1, con un corrispondente aumento della Conduttività termicaLa conducibilità termica (λ con unità di misura W/(m-K)) descrive il trasporto di energia - sotto forma di calore - attraverso un corpo di massa come risultato di un gradiente di temperatura (vedi fig. 1). Secondo la seconda legge della termodinamica, il calore fluisce sempre nella direzione della temperatura più bassa.conduttività termica. Come previsto, il campione con riempimento in fibra di vetro presenta una conducibilità termica significativamente più elevata. Inoltre, è noto che il PTFE subisce una Transizioni di faseIl termine transizione di fase (o cambiamento di fase) è più comunemente usato per descrivere le transizioni tra gli stati solido, liquido e gassoso. transizione di fase solido-solido a temperatura ambiente [3], il che è evidente nel notevole cambiamento della Conduttività termicaLa conducibilità termica (λ con unità di misura W/(m-K)) descrive il trasporto di energia - sotto forma di calore - attraverso un corpo di massa come risultato di un gradiente di temperatura (vedi fig. 1). Secondo la seconda legge della termodinamica, il calore fluisce sempre nella direzione della temperatura più bassa.conduttività termica apparente in questa regione di temperatura. (Si noti che durante questa regione di Transizioni di faseIl termine transizione di fase (o cambiamento di fase) è più comunemente usato per descrivere le transizioni tra gli stati solido, liquido e gassoso. transizione di fase il materiale assorbe calore, i cui effetti non rientrano nell'ambito di questa nota applicativa). Al di sopra di questa regione di Transizioni di faseIl termine transizione di fase (o cambiamento di fase) è più comunemente usato per descrivere le transizioni tra gli stati solido, liquido e gassoso. transizione di fase, l'effetto dell'aumento di temperatura sulla Conduttività termicaLa conducibilità termica (λ con unità di misura W/(m-K)) descrive il trasporto di energia - sotto forma di calore - attraverso un corpo di massa come risultato di un gradiente di temperatura (vedi fig. 1). Secondo la seconda legge della termodinamica, il calore fluisce sempre nella direzione della temperatura più bassa.conduttività termica è minimo [4].
Sintesi
I risultati hanno mostrato che i campioni non caricati di entrambi i produttori sono in linea con i valori di conducibilità termica previsti per il PTFE non caricato basati su fonti di letteratura. Il campione con densità più elevata ha mostrato una maggiore conducibilità termica, mentre il campione riempito con fibra di vetro ha dimostrato una maggiore conducibilità termica. Inoltre, il PTFE ha subito una Transizioni di faseIl termine transizione di fase (o cambiamento di fase) è più comunemente usato per descrivere le transizioni tra gli stati solido, liquido e gassoso. transizione di fase solido-solido a temperatura ambiente, evidente nella variazione della Conduttività termicaLa conducibilità termica (λ con unità di misura W/(m-K)) descrive il trasporto di energia - sotto forma di calore - attraverso un corpo di massa come risultato di un gradiente di temperatura (vedi fig. 1). Secondo la seconda legge della termodinamica, il calore fluisce sempre nella direzione della temperatura più bassa.conduttività termica. Al di sopra di questa Transizioni di faseIl termine transizione di fase (o cambiamento di fase) è più comunemente usato per descrivere le transizioni tra gli stati solido, liquido e gassoso. transizione di fase, l'effetto della temperatura sulla Conduttività termicaLa conducibilità termica (λ con unità di misura W/(m-K)) descrive il trasporto di energia - sotto forma di calore - attraverso un corpo di massa come risultato di un gradiente di temperatura (vedi fig. 1). Secondo la seconda legge della termodinamica, il calore fluisce sempre nella direzione della temperatura più bassa.conduttività termica era minimo. I risultati di questo studio dimostrano che il TCT 716 Lambda è molto efficace per analizzare le proprietà termiche del PTFE sia non caricato che caricato.