Wprowadzenie
PTFE (politetrafluoroetylen), znany również jako Teflon®, to termoplastyczny polimer znany z doskonałej odporności na chemikalia i ciepło. Jest powszechnie stosowany w różnych aplikacjach, takich jak naczynia kuchenne, izolacja elektryczna, sprzęt medyczny i laboratoryjny, smary, uszczelki i materiały uszczelniające. Dodatkowo, wypełniacze mogą być włączone do PTFE w celu modyfikacji jego właściwości. Na przykład wypełniacze szklane są często dodawane w celu poprawy jego właściwości termicznych i mechanicznych. Dlatego zrozumienie zachowania termicznego zarówno niewypełnionego, jak i wypełnionego PTFE w całym zakresie temperatur roboczych jest niezbędne.
Eksperymentalny
Przewodność cieplną określono za pomocą urządzenia TCT 716 Lambda Guarded Heat Flow Meter (GHFM). Ta technika w stanie ustalonym polega na umieszczeniu próbki o znanej grubości między dwiema płytami utrzymywanymi w różnych temperaturach, umożliwiając przepływ ciepła przez próbkę. Przepływ ciepła przez grubość próbki jest mierzony, a następnie obliczana jest Przewodność cieplnaPrzewodność cieplna (λ z jednostką W/(m-K)) opisuje transport energii - w postaci ciepła - przez ciało o masie w wyniku gradientu temperatury (patrz rys. 1). Zgodnie z drugą zasadą termodynamiki, ciepło zawsze przepływa w kierunku niższej temperatury.przewodność cieplna.
Metoda GHFM wyróżnia się spośród innych metod, ponieważ jest szczególnie skuteczna w przypadku tradycyjnie trudnych próbek, na przykład niejednorodnych, anizotropowych materiałów, takich jak próbki wielowarstwowe i kompozytowe [1]. Oprócz bardziej standardowych jednorodnych materiałów, GHFM jest również w stanie dokładnie określić przewodność cieplną materiałów warstwowych lub wypełnionych (np. polimerów wypełnionych szkłem).
W tym badaniu próbki PTFE (tabela 1) uzyskano od dwóch różnych producentów, w tym zarówno niewypełnioną, jak i wypełnioną włóknem szklanym próbkę PTFE od jednego z producentów. Każda próbka testowa miała średnicę około 50 mm i grubość 3 mm. Podsumowanie informacji o próbkach znajduje się w poniższej tabeli. Pomiary przeprowadzono w zakresie temperatur od około -10°C do 200°C, a kalibrację przeprowadzono przy użyciu Vespel® SP-1. Cienka warstwa silikonowej masy termoprzewodzącej została nałożona pomiędzy próbkami i płytkami przyrządu, aby zminimalizować opór międzyfazowy. Podczas testów na próbki wywierano ciśnienie około 175 kPa.
Tabela 1: Próbki testowe
| Próbka 1 | Próbka 2 | Próbka 3 | |
|---|---|---|---|
| Materiał | Niewypełniony PTFE | Niewypełniony PTFE | PTFE wypełniony włóknem szklanym |
| Producent | A | B | B |
| Grubość próbki | 2.90 mm | 3.20 mm | 3.15 mm |
| Gęstość próbki | 2.118 g/cm³ | 2.166 g/cm³ | 2.172 g/cm³ |
Wyniki i analiza
Wyniki pozornej przewodności cieplnej w funkcji temperatury dla badanych próbek przedstawiono na rysunku 1. Niewypełnione próbki od producentów A (niebieska krzywa) i B (pomarańczowa krzywa) są zgodne z oczekiwanymi wartościami z literatury, które wynoszą około 0,27 W/(m-K) w temperaturze pokojowej [2]. Dodatkowo, próbka 2 ma wyższą gęstość niż próbka 1, co prowadzi do odpowiedniego wzrostu przewodności cieplnej. Zgodnie z oczekiwaniami, próbka z wypełniaczem z włókna szklanego wykazuje znacznie wyższą przewodność cieplną. Ponadto wiadomo, że PTFE przechodzi Przejścia fazoweTermin przejście fazowe (lub zmiana fazy) jest najczęściej używany do opisania przejść między stanem stałym, ciekłym i gazowym. przejście fazowe ciało stałe-ciało stałe w temperaturze pokojowej [3], co jest widoczne w zauważalnej zmianie pozornej przewodności cieplnej w tym obszarze temperaturowym. (Należy zauważyć, że w tym obszarze przejścia fazowego materiał pochłania ciepło, którego skutki nie wchodzą w zakres niniejszej noty aplikacyjnej). Powyżej tego obszaru przejścia fazowego wpływ wzrostu temperatury na przewodność cieplną jest minimalny [4].
Podsumowanie
Wyniki wykazały, że niewypełnione próbki od obu producentów były zgodne z oczekiwanymi wartościami przewodności cieplnej niewypełnionego PTFE w oparciu o źródła literaturowe. Próbka o większej gęstości wykazała wyższą przewodność cieplną, a próbka wypełniona włóknem szklanym wykazała zwiększoną przewodność cieplną. Ponadto PTFE przeszedł Przejścia fazoweTermin przejście fazowe (lub zmiana fazy) jest najczęściej używany do opisania przejść między stanem stałym, ciekłym i gazowym. przejście fazowe ciało stałe-ciało stałe w temperaturze pokojowej, co było widoczne w zmianie przewodności cieplnej. Powyżej tego przejścia fazowego wpływ temperatury na przewodność cieplną był minimalny. Wyniki tego badania pokazują, że TCT 716 Lambda jest wysoce skuteczny w analizie właściwości termicznych zarówno niewypełnionego, jak i wypełnionego PTFE.