Giriş
Teflon® olarak da bilinen PTFE (politetrafloroetilen), kimyasallara ve ısıya karşı mükemmel direnci ile bilinen termoplastik bir polimerdir. Genellikle pişirme kapları, elektrik yalıtımı, tıbbi ve laboratuvar ekipmanları, yağlayıcılar, contalar ve conta malzemeleri gibi çeşitli uygulamalarda kullanılır. Ek olarak, özelliklerini değiştirmek için PTFE'ye dolgu maddeleri dahil edilebilir. Örneğin, cam dolgu maddeleri genellikle termal ve mekanik özelliklerini geliştirmek için eklenir. Bu nedenle, çalışma sıcaklıkları aralığı boyunca hem dolgusuz hem de dolgulu PTFE'nin termal davranışını anlamak çok önemlidir.
Deneysel
Termal iletkenlik TCT 716 Lambda Korumalı Isı Akış Ölçer (GHFM) kullanılarak belirlenmiştir. Bu kararlı durum tekniği, kalınlığı bilinen bir numunenin farklı sıcaklıklarda tutulan iki plaka arasına yerleştirilmesini ve ısının numuneden akmasını sağlar. Numunenin kalınlığı boyunca ısı akışı ölçülür ve ardından Termal İletkenlikTermal iletkenlik (W/(m-K) birimiyle λ), sıcaklık gradyanının bir sonucu olarak enerjinin - ısı şeklinde - kütleli bir cisim boyunca taşınmasını tanımlar (bkz. Şekil 1). Termodinamiğin ikinci yasasına göre, ısı her zaman düşük sıcaklık yönünde akar.termal iletkenlik hesaplanır.
GHFM yöntemi, çok katmanlı ve kompozit numuneler gibi homojen olmayan, anizotropik malzemeler gibi geleneksel olarak zorlu numuneler için özellikle etkili olması nedeniyle diğer yöntemlerden ayrılır [1]. Daha standart homojen malzemelere ek olarak, GHFM ayrıca katmanlı veya dolgulu malzemelerin (örneğin, cam dolgulu polimerler) termal iletkenliğini de doğru bir şekilde belirleyebilir.
Bu çalışma için, PTFE numuneleri (tablo 1), üreticilerden birinden hem dolgusuz hem de cam elyaf dolgulu PTFE numunesi dahil olmak üzere iki farklı üreticiden temin edilmiştir. Her bir test numunesi yaklaşık 50 mm çapa ve 3 mm kalınlığa sahipti. Numune bilgilerinin bir özeti aşağıdaki tabloda verilmiştir. Ölçümler yaklaşık -10°C ila 200°C sıcaklık aralığında gerçekleştirilmiş ve kalibrasyon Vespel® SP-1 kullanılarak yapılmıştır. Arayüzey direncini en aza indirmek için numuneler ve cihaz plakaları arasına ince bir silikon termal bağlantı bileşeni tabakası uygulanmıştır. Test sırasında numunelere yaklaşık 175 kPa basınç uygulanmıştır.
Tablo 1: Test Örnekleri
| Örnek 1 | Örnek 2 | Örnek 3 | |
|---|---|---|---|
| Malzeme | Dolgusuz PTFE | Dolgusuz PTFE | Cam elyaf dolgulu PTFE |
| Üretici firma | A | B | B |
| Örnek kalınlığı | 2.90 mm | 3.20 mm | 3.15 mm |
| Örnek yoğunluğu | 2.118 g/cm³ | 2.166 g/cm³ | 2.172 g/cm³ |
Sonuçlar ve Analiz
Test edilen numuneler için sıcaklığa karşı görünür Termal İletkenlikTermal iletkenlik (W/(m-K) birimiyle λ), sıcaklık gradyanının bir sonucu olarak enerjinin - ısı şeklinde - kütleli bir cisim boyunca taşınmasını tanımlar (bkz. Şekil 1). Termodinamiğin ikinci yasasına göre, ısı her zaman düşük sıcaklık yönünde akar.termal iletkenlik sonuçları Şekil 1'de sunulmuştur. A (mavi eğri) ve B (turuncu eğri) üreticilerinin doldurulmamış numuneleri, oda sıcaklığında yaklaşık 0,27 W/(m-K) olan literatürden beklenen değerlerle uyumludur [2]. Ek olarak, Örnek 2, Örnek 1'den daha yüksek bir yoğunluğa sahiptir ve bu da termal iletkenlikte karşılık gelen bir artışa yol açmaktadır. Beklendiği gibi, cam elyaf dolgulu numune önemli ölçüde daha yüksek bir Termal İletkenlikTermal iletkenlik (W/(m-K) birimiyle λ), sıcaklık gradyanının bir sonucu olarak enerjinin - ısı şeklinde - kütleli bir cisim boyunca taşınmasını tanımlar (bkz. Şekil 1). Termodinamiğin ikinci yasasına göre, ısı her zaman düşük sıcaklık yönünde akar.termal iletkenlik sergilemektedir. Ayrıca, PTFE'nin oda sıcaklığında katı-katı faz geçişine uğradığı bilinmektedir [3], bu da bu sıcaklık bölgesinde görünür termal iletkenlikteki belirgin değişiklikte açıkça görülmektedir. (Bu faz geçiş bölgesi sırasında ısının malzeme tarafından emildiği ve bunun etkilerinin bu uygulama notunun kapsamında olmadığı unutulmamalıdır). Bu faz geçiş bölgesinin üzerinde, sıcaklık artışının Termal İletkenlikTermal iletkenlik (W/(m-K) birimiyle λ), sıcaklık gradyanının bir sonucu olarak enerjinin - ısı şeklinde - kütleli bir cisim boyunca taşınmasını tanımlar (bkz. Şekil 1). Termodinamiğin ikinci yasasına göre, ısı her zaman düşük sıcaklık yönünde akar.termal iletkenlik üzerindeki etkisi minimumdur [4].
Özet
Sonuçlar, her iki üreticinin dolgusuz numunelerinin, literatür kaynaklarına dayalı olarak dolgusuz PTFE'nin beklenen Termal İletkenlikTermal iletkenlik (W/(m-K) birimiyle λ), sıcaklık gradyanının bir sonucu olarak enerjinin - ısı şeklinde - kütleli bir cisim boyunca taşınmasını tanımlar (bkz. Şekil 1). Termodinamiğin ikinci yasasına göre, ısı her zaman düşük sıcaklık yönünde akar.termal iletkenlik değerleriyle uyumlu olduğunu göstermiştir. Daha yüksek yoğunluğa sahip numune daha yüksek Termal İletkenlikTermal iletkenlik (W/(m-K) birimiyle λ), sıcaklık gradyanının bir sonucu olarak enerjinin - ısı şeklinde - kütleli bir cisim boyunca taşınmasını tanımlar (bkz. Şekil 1). Termodinamiğin ikinci yasasına göre, ısı her zaman düşük sıcaklık yönünde akar.termal iletkenlik sergilemiş ve cam elyaf dolgulu numune daha yüksek Termal İletkenlikTermal iletkenlik (W/(m-K) birimiyle λ), sıcaklık gradyanının bir sonucu olarak enerjinin - ısı şeklinde - kütleli bir cisim boyunca taşınmasını tanımlar (bkz. Şekil 1). Termodinamiğin ikinci yasasına göre, ısı her zaman düşük sıcaklık yönünde akar.termal iletkenlik göstermiştir. Buna ek olarak, PTFE oda sıcaklığında katı-katı faz geçişine uğramış ve bu da termal iletkenlikteki değişimde kendini göstermiştir. Bu faz geçişinin üzerinde, sıcaklığın Termal İletkenlikTermal iletkenlik (W/(m-K) birimiyle λ), sıcaklık gradyanının bir sonucu olarak enerjinin - ısı şeklinde - kütleli bir cisim boyunca taşınmasını tanımlar (bkz. Şekil 1). Termodinamiğin ikinci yasasına göre, ısı her zaman düşük sıcaklık yönünde akar.termal iletkenlik üzerindeki etkisi minimum düzeyde olmuştur. Bu çalışmanın sonuçları, TCT 716 Lambda 'nin hem dolgusuz hem de dolgulu PTFE'nin termal özelliklerini analiz etmek için oldukça etkili olduğunu göstermektedir.