Kako se toplotna prevodnost PTFE spreminja s temperaturo in vsebnostjo polnila?
Pustite sporočilo
Glavna toplotna pomanjkljivost PTFE je njegova omejena toplotna prevodnost. Ta lastnost pa ni konstantna, temveč se spreminja s temperaturo in jo je mogoče prilagoditi z dodatkom kemikalij. To razumevanje teh razlik omogoča predvidevanje delovanja grelnika med obratovanjem. Analiziran je učinek temperaturnega polnila na toplotno prevodnost PTFE, odvisnost od temperature in formulacija materiala pa sta neposredno vključena v omejitve zasnove prenosa toplote.
Čisti PTFE: Osnovno toplotno obnašanje
Čisti PTFE ima toplotno prevodnost približno 0,25 W/m K pri sobni temperaturi. To ga lepo uvršča med polimere z nizko prevodnostjo, bistveno manj kot kovine in celo številne inženirske plastike.
Z naraščanjem temperature se toplotna prevodnost nekoliko poveča. Povečanje je zmerno in ne spremeni bistvenih izolacijskih lastnosti materiala. Električna prevodnost PTFE ne doseže kovinske ravni niti pri visokih temperaturah. Še vedno je toplotna ovira. Ker se molekularna mobilnost poveča, se učinkovitost prenosa toplote minimalno izboljša.
Omeniti velja, da je to izboljšanje, odvisno od temperature, nekoliko majhno v primerjavi s splošno slabo osnovno prevodnostjo.
Vpliv temperature na sposobnost prenosa toplote
Počasno povečevanje s segrevanjem
Molekularna mobilnost PTFE narašča z naraščajočo temperaturo, kar vodi do nekoliko učinkovitejšega transporta fononov. Posledica tega je malo izboljšanje toplotne prevodnosti, čeprav je material še vedno v veliki meri izolator.
V praktičnih toplotnih sistemih to pomeni, da je odziv grelnika preko PTFE plaščev še vedno omejen s prevodnim uporom. Povišanje temperature materiala je posledično močno odvisno od površinskega toplotnega toka in debeline, ne pa od spremembe volumske prevodnosti.
Tudi v visokih pogojih delovanja PTFE še vedno deluje kot zaščitna ovira, ne kot učinkovit distributer toplote.
Učinki polnil na toplotno prevodnost
Modifikacije ogljika, grafita in stekla
Uporaba polnil vodi do znatnih razlik v prevodnosti. Z uporabo ogljikovih polnil, kot so saje ali grafit, namesto čistega PTFE, je mogoče toplotno prevodnost izboljšati dvakrat do trikrat. Steklena vlakna prav tako spremenijo toplotno obnašanje, čeprav na splošno ni tako pomemben učinek v smislu povečanja prevodnosti.
Posledica takšnih sprememb so kompozitni materiali z delno izboljšanimi kanali za prenos toplote prek prevodnih polnilnih mrež, vključenih v polimerno matriko.
Povečanje toplotne prevodnosti pa ima-kompromise. Mehanska prožnost se zmanjša, raztezek ob pretrgu se zmanjša in krhkost se poveča. Takšne spremembe dolgoročno vplivajo na vzdržljivost pri toplotnem ciklu in mehanskih obremenitvah.
Poleg tega lahko polnila oslabijo kemično odpornost ali tvorijo mikrokanale, ki bi lahko spodkopali popolno inertnost, potrebno v ultra-kemično čistih okoljih.
Povzetek primerjave toplotne prevodnosti
