Inleiding
PTFE (polytetrafluorethyleen), ook bekend als Teflon®, is een thermoplastisch polymeer dat bekend staat om zijn uitstekende bestendigheid tegen chemicaliën en hitte. Het wordt veel gebruikt in verschillende toepassingen zoals kookgerei, elektrische isolatie, medische en laboratoriumapparatuur, smeermiddelen, afdichtingen en pakkingen. Daarnaast kunnen vulstoffen in PTFE worden verwerkt om de eigenschappen te wijzigen. Zo worden glasvullers vaak toegevoegd om de thermische en mechanische eigenschappen te verbeteren. Daarom is het essentieel om het thermische gedrag van zowel ongevuld als gevuld PTFE over het hele temperatuurbereik te begrijpen.
Experimenteel
De Thermische geleidbaarheidThermische geleidbaarheid (λ met de eenheid W/(m-K)) beschrijft het transport van energie - in de vorm van warmte - door een massa-lichaam als gevolg van een temperatuurgradiënt (zie fig. 1). Volgens de tweede wet van de thermodynamica stroomt warmte altijd in de richting van de lagere temperatuur.thermische geleidbaarheid werd bepaald met de TCT 716 Lambda Heat Flow Meter (GHFM). Bij deze steady-state techniek wordt een monster van bekende dikte tussen twee platen geplaatst die op verschillende temperaturen worden gehouden, zodat er warmte door het monster kan stromen. De warmtestroom door de dikte van het monster wordt gemeten en vervolgens wordt de Thermische geleidbaarheidThermische geleidbaarheid (λ met de eenheid W/(m-K)) beschrijft het transport van energie - in de vorm van warmte - door een massa-lichaam als gevolg van een temperatuurgradiënt (zie fig. 1). Volgens de tweede wet van de thermodynamica stroomt warmte altijd in de richting van de lagere temperatuur.thermische geleidbaarheid berekend.
De GHFM methode onderscheidt zich van andere methoden omdat het bijzonder effectief is voor traditioneel uitdagende monsters, bijvoorbeeld niet-homogene, anisotrope materialen, zoals meerlaagse en samengestelde monsters [1]. Naast de meer standaard homogene materialen is de GHFM ook in staat om nauwkeurig de Thermische geleidbaarheidThermische geleidbaarheid (λ met de eenheid W/(m-K)) beschrijft het transport van energie - in de vorm van warmte - door een massa-lichaam als gevolg van een temperatuurgradiënt (zie fig. 1). Volgens de tweede wet van de thermodynamica stroomt warmte altijd in de richting van de lagere temperatuur.thermische geleidbaarheid van gelaagde of gevulde materialen te bepalen (bijvoorbeeld glasgevulde polymeren).
Voor dit onderzoek werden PTFE-monsters (tabel 1) verkregen van twee verschillende fabrikanten, waaronder zowel een ongevuld als een met glasvezel gevuld PTFE-monster van een van de fabrikanten. Elk testmonster had een diameter van ongeveer 50 mm en een dikte van 3 mm. De onderstaande tabel geeft een samenvatting van de monsterinformatie. De metingen werden uitgevoerd over een temperatuurbereik van ongeveer -10 °C tot 200 °C en de kalibratie werd uitgevoerd met Vespel® SP-1. Er werd een dunne laag siliconenvoegcompound aangebracht tussen de monsters en de instrumentplaten om de overgangsweerstand te minimaliseren. Tijdens het testen werd er een druk van ongeveer 175 kPa op de monsters uitgeoefend.
Tabel 1: Testmonsters
| Monster 1 | Monster 2 | Monster 3 | |
|---|---|---|---|
| Materiaal | Ongevuld PTFE | Ongevuld PTFE | Glasvezel gevuld PTFE |
| Fabrikant | A | B | B |
| Dikte monster | 2.90 mm | 3.20 mm | 3.15 mm |
| DichtheidDe massadichtheid wordt gedefinieerd als de verhouding tussen massa en volume. Dichtheid monster | 2.118 g/cm³ | 2.166 g/cm³ | 2.172 g/cm³ |
Resultaten en analyse
De resultaten van de schijnbare Thermische geleidbaarheidThermische geleidbaarheid (λ met de eenheid W/(m-K)) beschrijft het transport van energie - in de vorm van warmte - door een massa-lichaam als gevolg van een temperatuurgradiënt (zie fig. 1). Volgens de tweede wet van de thermodynamica stroomt warmte altijd in de richting van de lagere temperatuur.thermische geleidbaarheid versus temperatuur voor de geteste monsters worden weergegeven in figuur 1. De ongevulde monsters van fabrikanten A (blauwe curve) en B (oranje curve) komen overeen met de verwachte waarden uit de literatuur, namelijk ongeveer 0,27 W/(m-K) bij kamertemperatuur [2]. Bovendien heeft Monster 2 een hogere DichtheidDe massadichtheid wordt gedefinieerd als de verhouding tussen massa en volume. dichtheid dan Monster 1, wat leidt tot een overeenkomstige toename in warmtegeleiding. Zoals verwacht vertoont het monster met glasvezelvuller een significant hogere warmtegeleiding. Verder is bekend dat PTFE een vast-vaste fase overgang ondergaat bij kamertemperatuur [3], wat duidelijk te zien is aan de merkbare verandering in schijnbare warmtegeleiding in dit temperatuurgebied. (Opgemerkt moet worden dat tijdens deze FaseovergangenDe term faseovergang (of faseverandering) wordt meestal gebruikt om overgangen tussen de vaste, vloeibare en gasvormige toestand te beschrijven.faseovergang warmte wordt geabsorbeerd door het materiaal, waarvan de effecten buiten het bestek van deze toepassingsnotitie vallen). Boven dit overgangsgebied is het effect van temperatuurverhoging op de warmtegeleiding minimaal [4].
Samenvatting
De resultaten toonden aan dat de ongevulde monsters van beide fabrikanten overeenkwamen met de verwachte warmtegeleidingswaarden van ongevuld PTFE op basis van literatuurbronnen. Het monster met de hogere DichtheidDe massadichtheid wordt gedefinieerd als de verhouding tussen massa en volume. dichtheid vertoonde een hogere Thermische geleidbaarheidThermische geleidbaarheid (λ met de eenheid W/(m-K)) beschrijft het transport van energie - in de vorm van warmte - door een massa-lichaam als gevolg van een temperatuurgradiënt (zie fig. 1). Volgens de tweede wet van de thermodynamica stroomt warmte altijd in de richting van de lagere temperatuur.thermische geleidbaarheid en het met glasvezel gevulde monster vertoonde een hogere Thermische geleidbaarheidThermische geleidbaarheid (λ met de eenheid W/(m-K)) beschrijft het transport van energie - in de vorm van warmte - door een massa-lichaam als gevolg van een temperatuurgradiënt (zie fig. 1). Volgens de tweede wet van de thermodynamica stroomt warmte altijd in de richting van de lagere temperatuur.thermische geleidbaarheid. Bovendien onderging PTFE een vast-vaste fase overgang bij kamertemperatuur, wat duidelijk te zien was in de verandering in warmtegeleiding. Boven deze FaseovergangenDe term faseovergang (of faseverandering) wordt meestal gebruikt om overgangen tussen de vaste, vloeibare en gasvormige toestand te beschrijven.faseovergang was het effect van de temperatuur op de warmtegeleiding minimaal. De resultaten van dit onderzoek tonen aan dat de TCT 716 Lambda zeer effectief is voor het analyseren van de thermische eigenschappen van zowel ongevuld als gevuld PTFE.