소개
테플론®으로도 알려진 PTFE(폴리테트라플루오로에틸렌)는 화학 물질과 열에 대한 저항성이 뛰어난 것으로 알려진 열가소성 폴리머입니다. 일반적으로 조리기구, 전기 절연, 의료 및 실험실 장비, 윤활제, 씰, 개스킷 재료 등 다양한 용도로 사용됩니다. 또한 필러를 PTFE에 통합하여 특성을 변경할 수 있습니다. 예를 들어, 열적 및 기계적 특성을 향상시키기 위해 유리 필러를 첨가하는 경우가 많습니다. 따라서 다양한 작동 온도 범위에서 비충진 및 충진 PTFE의 열 거동을 이해하는 것이 필수적입니다.
실험적
열전도도는 TCT 716 Lambda 보호 열 유량계(GHFM)를 사용하여 측정했습니다. 이 정상 상태 기법은 서로 다른 온도로 유지되는 두 개의 플레이트 사이에 두께가 알려진 샘플을 배치하여 샘플을 통해 열이 흐르도록 하는 것입니다. 시료의 두께를 통과하는 열 흐름을 측정한 다음 열전도도를 계산합니다.
GHFM 방법은 다층 및 복합 시편과 같은 비균질 이방성 재료와 같이 전통적으로 까다로운 시편에 특히 효과적이기 때문에 다른 방법과 차별화됩니다[1]. GHFM은 보다 표준적인 균질 재료 외에도 층이 있거나 채워진 재료(예: 유리로 채워진 폴리머)의 열전도도를 정확하게 측정할 수 있습니다.
이 연구에서는 두 개의 다른 제조업체에서 비충진 및 유리 섬유로 충진된 PTFE 샘플(표 1)을 얻었으며, 한 제조업체에서는 유리 섬유로 충진된 샘플을 모두 사용했습니다. 각 테스트 표본의 직경은 약 50mm, 두께는 3mm였습니다. 샘플 정보에 대한 요약은 아래 표에 나와 있습니다. 측정은 약 -10°C ~ 200°C의 온도 범위에서 수행되었으며, 캘리브레이션은 Vespel® SP-1을 사용하여 수행되었습니다. 계면 저항을 최소화하기 위해 시료와 계기판 사이에 실리콘 열접합 화합물을 얇게 도포했습니다. 테스트 중에는 시편에 약 175kPa의 압력이 가해졌습니다.
표 1: 테스트 시편
| 샘플 1 | 샘플 2 | 샘플 3 | |
|---|---|---|---|
| 재료 | 비충진 PTFE | 비충진 PTFE | 유리 섬유 충진 PTFE |
| 제조업체 | A | B | B |
| 샘플 두께 | 2.90mm | 3.20 mm | 3.15 mm |
| 샘플 밀도 | 2.118 g/cm³ | 2.166 g/cm³ | 2.172g/cm³ |
결과 및 분석
테스트한 샘플의 겉보기 열전도율 대 온도 결과는 그림 1에 나와 있습니다. 제조업체 A(파란색 곡선)와 B(주황색 곡선)의 비충진 샘플은 상온에서 약 0.27W/(m-K)인 문헌의 예상 값과 일치합니다[2]. 또한 샘플 2는 샘플 1보다 밀도가 높기 때문에 열전도율도 그에 상응하는 수준으로 증가합니다. 예상대로 유리 섬유 필러를 사용한 샘플이 훨씬 더 높은 열전도도를 나타냅니다. 또한 PTFE는 상온에서 고체-고체 상전이[3]를 겪는 것으로 알려져 있으며, 이 온도 영역에서 겉보기 열전도율이 눈에 띄게 변화하는 것이 분명합니다. (이 상전이 영역에서는 열이 재료에 흡수되며, 그 영향은 이 애플리케이션 노트의 범위에 포함되지 않습니다). 이 상전이 영역 위에서는 온도 상승이 열전도율에 미치는 영향이 미미합니다[4].
요약
그 결과 두 제조업체의 비충진 샘플은 문헌에 근거한 비충진 PTFE의 예상 열전도율 값과 일치하는 것으로 나타났습니다. 밀도가 높은 샘플은 더 높은 열전도도를 보였고, 유리 섬유로 채워진 샘플은 열전도도가 증가한 것으로 나타났습니다. 또한 PTFE는 상온에서 고체-고체 상전이 현상을 겪었으며, 이는 열전도도의 변화에서 분명하게 드러났습니다. 이 상 전이 위에서는 열전도도에 대한 온도의 영향이 미미했습니다. 이 연구 결과는 TCT 716 Lambda 이 비충진 및 충진 PTFE의 열적 특성을 분석하는 데 매우 효과적이라는 것을 보여줍니다.