Introducere
PTFE (politetrafluoroetilenă), cunoscut și sub denumirea de Teflon®, este un polimer termoplastic cunoscut pentru rezistența sa excelentă la substanțe chimice și căldură. Este utilizat în mod obișnuit în diverse aplicații, cum ar fi vase de gătit, izolație electrică, echipamente medicale și de laborator, lubrifianți, sigilii și materiale pentru garnituri. În plus, umpluturi pot fi încorporate în PTFE pentru a modifica proprietățile sale. De exemplu, materialele de umplutură din sticlă sunt adesea adăugate pentru a-i îmbunătăți caracteristicile termice și mecanice. Prin urmare, este esențială înțelegerea comportamentului termic al PTFE umplute și neumplute în întreaga sa gamă de temperaturi de funcționare.
Experimental
Conductivitatea termică a fost determinată cu ajutorul TCT 716 Lambda (Guarded Heat Flow Meter - GHFM). Această tehnică în regim staționar presupune plasarea unei probe de grosime cunoscută între două plăci menținute la temperaturi diferite, permițând căldurii să circule prin probă. Fluxul de căldură prin grosimea probei este măsurat, iar apoi se calculează conductivitatea termică.
Metoda GHFM se diferențiază de alte metode prin faptul că este deosebit de eficientă pentru eșantioanele dificile în mod tradițional, de exemplu materialele neomogene și anizotrope, cum ar fi eșantioanele multistrat și compozite [1]. În plus față de materialele omogene mai standard, GHFM este, de asemenea, capabil să determine cu exactitate conductivitatea termică a materialelor stratificate sau umplute (de exemplu, polimeri plini cu sticlă).
Pentru acest studiu, probele de PTFE (tabelul 1) au fost obținute de la doi producători diferiți, inclusiv o probă de PTFE neumplută și una umplută cu fibre de sticlă de la unul dintre producători. Fiecare eșantion de testare avea un diametru de aproximativ 50 mm și o grosime de 3 mm. În tabelul de mai jos este prezentat un rezumat al informațiilor privind probele. Măsurătorile au fost efectuate într-un interval de temperatură cuprins între aproximativ -10°C și 200°C, iar calibrarea a fost efectuată folosind Vespel® SP-1. Între eșantioane și plăcile instrumentului a fost aplicat un strat subțire de silicon pentru îmbinarea termică, pentru a minimiza rezistența interfacială. O presiune de aproximativ 175 kPa a fost aplicată specimenelor în timpul testării.
Tabelul 1: Eșantioane de testare
| Proba 1 | Proba 2 | Proba 3 | |
|---|---|---|---|
| Material | PTFE neumplut | PTFE neumplut | PTFE umplut cu fibră de sticlă |
| Producător | A | B | B |
| Grosimea probei | 2.90 mm | 3.20 mm | 3.15 mm |
| Densitatea probei | 2.118 g/cm³ | 2.166 g/cm³ | 2.172 g/cm³ |
Rezultate și analiză
Rezultatele conductivității termice aparente în funcție de temperatură pentru probele testate sunt prezentate în figura 1. Probele neumplute ale producătorilor A (curba albastră) și B (curba portocalie) se aliniază cu valorile așteptate din literatura de specialitate, care este de aproximativ 0,27 W/(m-K) la temperatura camerei [2]. În plus, proba 2 are o DensitateDensitatea masică este definită ca raportul dintre masă și volum. densitate mai mare decât proba 1, ceea ce duce la o creștere corespunzătoare a conductivității termice. După cum s-a anticipat, eșantionul cu umplutură din fibre de sticlă prezintă o conductivitate termică semnificativ mai mare. În plus, se știe că PTFE suferă o tranziție de fază solid-solid la temperatura camerei [3], ceea ce este evident în schimbarea notabilă a conductivității termice aparente în această regiune de temperatură. (Trebuie remarcat faptul că, în timpul acestei regiuni de tranziție de fază, materialul absoarbe căldură, ale cărei efecte nu intră în domeniul de aplicare al prezentei note de aplicare). Peste această regiune de tranziție de fază, efectul creșterii temperaturii asupra conductivității termice este minim [4].
Rezumat
Rezultatele au arătat că probele neumplute de la ambii producători s-au aliniat cu valorile așteptate ale conductivității termice a PTFE neumplută, pe baza surselor bibliografice. Proba cu DensitateDensitatea masică este definită ca raportul dintre masă și volum. densitate mai mare a prezentat o conductivitate termică mai mare, iar proba umplută cu fibră de sticlă a demonstrat o conductivitate termică crescută. În plus, PTFE a suferit o tranziție de fază solid-solid la temperatura camerei, care a fost evidentă în modificarea conductivității termice. Peste această tranziție de fază, efectul temperaturii asupra conductivității termice a fost minim. Rezultatele acestui studiu demonstrează că TCT 716 Lambda este foarte eficient pentru analizarea proprietăților termice ale PTFE umplute și neumplute.