Introdução
A polieteretercetona (PEEK) é um termoplástico de alto desempenho amplamente utilizado em aplicações de engenharia exigentes devido à sua excelente Estabilidade térmicaUm material é termicamente estável se ele não se decompõe sob a influência da temperatura. Uma maneira de determinar a estabilidade térmica de uma substância é usar um TGA (analisador termogravimétrico). estabilidade térmica, resistência mecânica e resistência química. Grades comerciais, como o TECAPEEK® natural e o TECAPEEK® GF30 natural reforçado com fibra de vidro (Figura 1), fabricados pela Ensinger, são comumente empregados para adaptar o desempenho do material a aplicações específicas.
O TECAPEEK® natural é um tipo de PEEK sem enchimento com DensidadeA densidade de massa é definida como a relação entre massa e volume. densidade de ~1,31 g/cm³, enquanto o TECAPEEK® GF30 natural contém 30% de fibra de vidro e tem DensidadeA densidade de massa é definida como a relação entre massa e volume. densidade de ~1,53 g/cm³. Ambos os materiais suportam temperaturas de operação de longo prazo de ~250 a 260 °C, e suas condutividades térmicas relatadas são de ~0,29 W/(m·K) (TECAPEEK® natural) e ~0,30 W/(m·K) (TECAPEEK® GF30 natural) [2, 3].
Nesta Nota de Aplicação, a Condutividade térmicaA condutividade térmica (λ com a unidade W/(m-K)) descreve o transporte de energia - na forma de calor - por um corpo de massa como resultado de um gradiente de temperatura (veja a fig. 1). De acordo com a segunda lei da termodinâmica, o calor sempre flui na direção da temperatura mais baixa.condutividade térmica do TECAPEEK® natural e do TECAPEEK® GF30 natural é avaliada na faixa de temperatura de -10 °C a 250 °C, utilizando um medidor de fluxo térmico protegido (GHFM) da NETZSCH TCT 716 Lambda e um analisador a laser de flash (LFA) da NETZSCH LFA 717 HyperFlash® . Os materiais testados foram fornecidos pela Ensinger como estoque comercial, garantindo relevância direta para aplicações do mundo real. Essa faixa de temperatura reflete condições típicas de operação em setores como o aeroespacial, automotivo, de engenharia elétrica e de processamento químico, nos quais as propriedades de transporte térmico influenciam a dissipação de calor e a confiabilidade dos componentes. Os dados experimentais apresentados nesta nota de aplicação fornecem aos engenheiros informações independentes sobre materiais disponíveis no mercado para apoiar decisões de projeto quando tais dados não estiverem disponíveis.
Experimental
O método GHFM permite a medição direta da Condutividade térmicaA condutividade térmica (λ com a unidade W/(m-K)) descreve o transporte de energia - na forma de calor - por um corpo de massa como resultado de um gradiente de temperatura (veja a fig. 1). De acordo com a segunda lei da termodinâmica, o calor sempre flui na direção da temperatura mais baixa.condutividade térmica em estado estacionário, oferecendo uma avaliação simples do transporte de calor em condições de equilíbrio. Em contrapartida, a LFA é uma técnica transiente que mede a Difusividade térmicaA difusividade térmica (a com a unidade mm2/s) é uma propriedade específica do material para caracterizar a condução de calor instável. Esse valor descreve a rapidez com que um material reage a uma mudança de temperatura.difusividade térmica (α), que reflete a taxa na qual o calor se propaga através de um material. Para determinar a Condutividade térmicaA condutividade térmica (λ com a unidade W/(m-K)) descreve o transporte de energia - na forma de calor - por um corpo de massa como resultado de um gradiente de temperatura (veja a fig. 1). De acordo com a segunda lei da termodinâmica, o calor sempre flui na direção da temperatura mais baixa.condutividade térmica (λ) utilizando essa técnica, a difusividade medida é combinada com a capacidade térmica específica (Capacidade térmica específica (cp)A capacidade térmica é uma quantidade física específica do material, determinada pela quantidade de calor fornecida à amostra, dividida pelo aumento de temperatura resultante. A capacidade térmica específica está relacionada a uma unidade de massa do corpo de prova.cp) e a DensidadeA densidade de massa é definida como a relação entre massa e volume. densidade (ρ), determinadas independentemente. Essa relação é expressa da seguinte forma:
Essa abordagem combinada permite a validação cruzada entre os valores diretos e calculados da Condutividade térmicaA condutividade térmica (λ com a unidade W/(m-K)) descreve o transporte de energia - na forma de calor - por um corpo de massa como resultado de um gradiente de temperatura (veja a fig. 1). De acordo com a segunda lei da termodinâmica, o calor sempre flui na direção da temperatura mais baixa.condutividade térmica, aumentando a confiança nos resultados medidos.
A capacidade térmica específica foi determinada utilizando um calorímetro de varredura diferencial (DSC) DSC 300 Caliris® da NETZSCH, enquanto a DensidadeA densidade de massa é definida como a relação entre massa e volume. densidade dependente da temperatura foi obtida a partir de medições de expansão térmica por meio de um dilatômetro (DIL) 402 Expedis da NETZSCH.
As medições foram realizadas na faixa de temperatura de -10 °C a 250 °C para capturar o comportamento em condições típicas de serviço, incluindo a região de transição vítrea.
Resultados e Discussão
A capacidade térmica específica (Capacidade térmica específica (cp)A capacidade térmica é uma quantidade física específica do material, determinada pela quantidade de calor fornecida à amostra, dividida pelo aumento de temperatura resultante. A capacidade térmica específica está relacionada a uma unidade de massa do corpo de prova.cp) dependente da temperatura do TECAPEEK® natural e do TECAPEEK® GF30 natural foi medida para uso nos cálculos de Condutividade térmicaA condutividade térmica (λ com a unidade W/(m-K)) descreve o transporte de energia - na forma de calor - por um corpo de massa como resultado de um gradiente de temperatura (veja a fig. 1). De acordo com a segunda lei da termodinâmica, o calor sempre flui na direção da temperatura mais baixa.condutividade térmica baseados na LFA (Figura 2). Em toda a faixa de temperatura, o material sem enchimento apresenta valores de Cp mais elevados do que o material reforçado com fibra de vidro, devido à menor contribuição da capacidade térmica das fibras inorgânicas. Ambos os materiais apresentam uma transição vítrea distinta, com o TECAPEEK® natural exibindo um ponto médio em torno de 157 °C, enquanto o TECAPEEK® GF30 natural apresenta um ponto médio ligeiramente inferior, em 152 °C. O comportamento da transição vítrea do PEEK também pode ser monitorado por meio da DSC com modulação de temperaturaO DSC com modulação de temperatura (TM-DSC) é usado para separar vários efeitos térmicos que ocorrem na mesma faixa de temperatura e se sobrepõem na curva de DSC.DSC com modulação de temperatura [4].
A expansão térmica dependente da temperatura do TECAPEEK® natural e do TECAPEEK® GF30 natural foi medida para corrigir a espessura da amostra nos cálculos de difusividade e a DensidadeA densidade de massa é definida como a relação entre massa e volume. densidade nas determinações de Condutividade térmicaA condutividade térmica (λ com a unidade W/(m-K)) descreve o transporte de energia - na forma de calor - por um corpo de massa como resultado de um gradiente de temperatura (veja a fig. 1). De acordo com a segunda lei da termodinâmica, o calor sempre flui na direção da temperatura mais baixa.condutividade térmica (Figura 3); no entanto, uma análise mais aprofundada desses dados também fornece informações valiosas sobre o comportamento do material. Observa-se um aumento acentuado na expansão próximo à temperatura de transição vítrea (Tg), onde o aumento da mobilidade das cadeias leva a um coeficiente de expansão térmica mais elevado. No material reforçado com fibra de vidro, a expansão é fortemente influenciada pela anisotropia decorrente da orientação das fibras, da microestrutura e do histórico de processamento, resultando em um comportamento dependente da direção das fibras [5].
As medições de Condutividade térmicaA condutividade térmica (λ com a unidade W/(m-K)) descreve o transporte de energia - na forma de calor - por um corpo de massa como resultado de um gradiente de temperatura (veja a fig. 1). De acordo com a segunda lei da termodinâmica, o calor sempre flui na direção da temperatura mais baixa.condutividade térmica obtidas a partir do GHFM e do LFA mostram forte concordância em toda a faixa de temperatura, com ambos os materiais exibindo condutividade crescente com o aumento da temperatura (Figura 4). O TECAPEEK® GF30 natural demonstra consistentemente maior Condutividade térmicaA condutividade térmica (λ com a unidade W/(m-K)) descreve o transporte de energia - na forma de calor - por um corpo de massa como resultado de um gradiente de temperatura (veja a fig. 1). De acordo com a segunda lei da termodinâmica, o calor sempre flui na direção da temperatura mais baixa.condutividade térmica do que o TECAPEEK® natural, o que é atribuído às melhores vias de transferência de calor proporcionadas pelas fibras de vidro.
Os resultados de Condutividade térmicaA condutividade térmica (λ com a unidade W/(m-K)) descreve o transporte de energia - na forma de calor - por um corpo de massa como resultado de um gradiente de temperatura (veja a fig. 1). De acordo com a segunda lei da termodinâmica, o calor sempre flui na direção da temperatura mais baixa.condutividade térmica obtidos neste estudo também apresentam boa concordância com os relatados na Nota de Aplicação 327 d NETZSCH [5], particularmente tanto nos valores absolutos quanto nas tendências dependentes da temperatura. Na Nota de Aplicação 327, a Condutividade térmicaA condutividade térmica (λ com a unidade W/(m-K)) descreve o transporte de energia - na forma de calor - por um corpo de massa como resultado de um gradiente de temperatura (veja a fig. 1). De acordo com a segunda lei da termodinâmica, o calor sempre flui na direção da temperatura mais baixa.condutividade térmica determinada por meio de medição direta por GHFM e cálculos indiretos por LFA demonstra estreita correlação quando são utilizados valores adequadosde Capacidade térmica específica (cp)A capacidade térmica é uma quantidade física específica do material, determinada pela quantidade de calor fornecida à amostra, dividida pelo aumento de temperatura resultante. A capacidade térmica específica está relacionada a uma unidade de massa do corpo de prova.cp e DensidadeA densidade de massa é definida como a relação entre massa e volume. densidade. Da mesma forma, o presente trabalho mostra excelente consistência entre os resultados do GHFM e do LFA em toda a faixa de temperatura, com desvios que permanecem dentro da incerteza experimental típica. De modo geral, o estreito alinhamento entre este estudo e trabalhos anteriores confirma a confiabilidade dos métodos GHFM e LFA e valida a aplicabilidade desses métodos tanto a sistemas de PEEK sem enchimento quanto aos reforçados com fibra de vidro.
Resumo
A Condutividade térmicaA condutividade térmica (λ com a unidade W/(m-K)) descreve o transporte de energia - na forma de calor - por um corpo de massa como resultado de um gradiente de temperatura (veja a fig. 1). De acordo com a segunda lei da termodinâmica, o calor sempre flui na direção da temperatura mais baixa.condutividade térmica do TECAPEEK® natural e do TECAPEEK® GF30 natural foi avaliada na faixa de temperatura de -10 °C a 250 °C, utilizando um medidor de fluxo de calor protegido (GHFM) e a análise por flash a laser (LFA). Os resultados mostram que a Condutividade térmicaA condutividade térmica (λ com a unidade W/(m-K)) descreve o transporte de energia - na forma de calor - por um corpo de massa como resultado de um gradiente de temperatura (veja a fig. 1). De acordo com a segunda lei da termodinâmica, o calor sempre flui na direção da temperatura mais baixa.condutividade térmica aumenta com a temperatura para ambos os materiais, sendo que o TECAPEEK® GF30 natural apresenta maior condutividade devido à melhor transferência de calor proporcionada pelo reforço com fibra de vidro. A forte concordância entre os resultados do GHFM e da LFA, combinada com a consistência em relação a estudos anteriores NETZSCH, demonstra a confiabilidade desses métodos para a caracterização térmica.