Как се променя топлопроводимостта на PTFE с температура и съдържание на пълнител?

Основният термичен недостатък на PTFE е неговата ограничена топлопроводимост. Това свойство обаче не е постоянно, а варира в зависимост от температурата и може да се регулира чрез добавяне на химикали. Това разбиране на тези разлики позволява прогнозиране на работата на нагревателя в експлоатация. Ефектът на температурния пълнител върху топлопроводимостта на PTFE се анализира и както температурната зависимост, така и формулировката на материала са пряко включени в проектните граници на преноса на топлина.

Чист PTFE: Базово термично поведение
Чистият PTFE има топлопроводимост от около 0,25 W/m K при температура на околната среда. Това го поставя добре сред полимерите с ниска проводимост, значително по-малко от металите и дори много инженерни пластмаси.

С повишаване на температурата топлопроводимостта леко се увеличава. Увеличението е умерено и не променя основния изолационен характер на материала. Електрическата проводимост на PTFE не достига метално ниво дори при високи температури. Все още е термична бариера. Има минимално подобрение в ефективността на топлинния транспорт, тъй като молекулната мобилност се увеличава.

Струва си да се спомене, че това зависимо от температурата подобрение е малко в сравнение с общата лоша проводимост на базовата линия.

Влияние на температурата върху способността за пренос на топлина
Бавно нарастване с нагряване
Молекулната подвижност на PTFE нараства с повишаване на температурата, което води до малко по-ефективен фононен транспорт. Това води до малко подобрение на топлопроводимостта, въпреки че материалът все още е до голяма степен изолатор.

В практическите термични системи това означава, че реакцията на нагревателя чрез PTFE обвивки все още е ограничена от съпротивлението на проводимост. Следователно повишаването на температурата на материала е силно зависимо от повърхностния топлинен поток и дебелината, а не от промяната на обемната проводимост.

Дори при високи работни условия PTFE все още действа като бариера за защита, а не като ефективен разпределител на топлина.

Ефекти на пълнителите върху топлопроводимостта
Модификации на карбон, графит и стъкло
Използването на пълнители води до значителни промени в проводимостта. Използвайки въглеродни пълнители като сажди или графит върху чист PTFE, топлопроводимостта може да бъде подобрена два до три пъти. Стъклените влакна също променят топлинното поведение, въпреки че не е толкова значителен ефект като цяло по отношение на увеличаването на проводимостта.

Такива промени водят до композитни материали с частично подобрени канали за пренос на топлина чрез проводими пълнителни мрежи, включени в полимерната матрица.

Увеличаването на топлопроводимостта обаче има компромис-. Механичната гъвкавост намалява, удължението при скъсване намалява и крехкостта се увеличава. Такива промени влияят върху издръжливостта при топлинни цикли и механични натоварвания в дългосрочен план.

Освен това пълнителите могат да отслабят химическата устойчивост или да образуват микроканали, които могат да подкопаят пълната инертност, необходима в свръх-чисти химически среди.

Обобщение на сравнението на топлопроводимостта