Введение
PTFE (политетрафторэтилен), также известный как Teflon®, - это термопластичный полимер, известный своей превосходной устойчивостью к химическим веществам и нагреву. Он широко используется в различных областях, таких как посуда, электроизоляция, медицинское и лабораторное оборудование, смазочные материалы, уплотнения и прокладки. Кроме того, в ПТФЭ могут вводиться наполнители для изменения его свойств. Например, стеклянные наполнители часто добавляют для улучшения тепловых и механических характеристик. Поэтому понимание теплового поведения как ненаполненного, так и наполненного ПТФЭ в диапазоне рабочих температур очень важно.
Экспериментальный
Теплопроводность определялась с помощью прибора TCT 716 Lambda Guarded Heat Flow Meter (GHFM). Этот метод в стационарном состоянии предполагает помещение образца известной толщины между двумя пластинами, поддерживаемыми при разных температурах, что позволяет теплу проходить через образец. Измеряется тепловой поток через толщину образца, а затем рассчитывается теплопроводность.
Метод GHFM отличается от других методов тем, что он особенно эффективен для традиционно сложных образцов, например, неоднородных, анизотропных материалов, таких как многослойные и композитные образцы [1]. Помимо стандартных однородных материалов, GHFM также способен точно определять теплопроводность слоистых или наполненных материалов (например, стеклонаполненных полимеров).
Для данного исследования образцы ПТФЭ (таблица 1) были получены от двух разных производителей, включая ненаполненный и наполненный стекловолокном образец ПТФЭ от одного из производителей. Каждый образец имел диаметр около 50 мм и толщину 3 мм. Краткая информация об образцах приведена в таблице ниже. Измерения проводились в диапазоне температур от -10°C до 200°C, а калибровка осуществлялась с использованием Vespel® SP-1. Для минимизации межфазного сопротивления между образцами и приборными пластинами был нанесен тонкий слой силиконового термосвариваемого компаунда. Во время испытаний к образцам прилагалось давление около 175 кПа.
Таблица 1: Образцы для испытаний
| Образец 1 | Образец 2 | Образец 3 | |
|---|---|---|---|
| Материал | Ненаполненный ПТФЭ | Ненаполненный ПТФЭ | ПТФЭ с наполнителем из стекловолокна |
| Производитель | A | B | B |
| Толщина образца | 2.90 мм | 3.20 мм | 3.15 мм |
| Плотность образца | 2.118 г/см³ | 2.166 г/см³ | 2.172 г/см³ |
Результаты и анализ
Результаты зависимости кажущейся теплопроводности от температуры для испытанных образцов представлены на рисунке 1. Незаполненные образцы производителей A (синяя кривая) и B (оранжевая кривая) соответствуют ожидаемым значениям из литературы, которые составляют примерно 0,27 Вт/(м-К) при комнатной температуре [2]. Кроме того, образец 2 имеет более высокую плотность, чем образец 1, что приводит к соответствующему увеличению теплопроводности. Как и ожидалось, образец с наполнителем из стекловолокна демонстрирует значительно более высокую теплопроводность. Кроме того, известно, что ПТФЭ претерпевает фазовый переход твердое тело при комнатной температуре [3], что проявляется в заметном изменении кажущейся теплопроводности в этой области температур. (Следует отметить, что во время этого фазового перехода материал поглощает тепло, влияние которого не входит в сферу применения данной записки). Выше этой области фазового перехода влияние повышения температуры на теплопроводность минимально [4].
Резюме
Результаты показали, что ненаполненные образцы обоих производителей соответствуют ожидаемым значениям теплопроводности ненаполненного ПТФЭ, основанным на литературных источниках. Образец с более высокой плотностью показал более высокую теплопроводность, а образец с наполнителем из стекловолокна продемонстрировал повышенную теплопроводность. Кроме того, при комнатной температуре ПТФЭ претерпел фазовый переход твердое тело-твердое тело, что проявилось в изменении теплопроводности. Выше этого фазового перехода влияние температуры на теплопроводность было минимальным. Результаты данного исследования показывают, что TCT 716 Lambda очень эффективен для анализа тепловых свойств как ненаполненного, так и наполненного ПТФЭ.