Kuinka PTFE:n lämmönjohtavuus muuttuu lämpötilan ja täyteainesisällön mukaan?

PTFE:n suurin lämpöhaitta on sen rajallinen lämmönjohtavuus. Tämä ominaisuus ei kuitenkaan ole vakio, vaan vaihtelee lämpötilan mukaan ja sitä voidaan säätää lisäämällä kemikaaleja. Tämä näiden erojen ymmärtäminen mahdollistaa lämmittimen suorituskyvyn ennustamisen käytön aikana. Lämpötilan täyteaineen vaikutusta PTFE:n lämmönjohtavuuteen analysoidaan ja sekä lämpötilariippuvuus että materiaalin koostumus ovat suoraan mukana lämmönsiirron suunnittelurajoissa.

Puhdas PTFE: Lämpökäyttäytyminen lähtötilanteessa
Puhtaan PTFE:n lämmönjohtavuus on noin 0,25 W/m K ympäristön lämpötilassa. Tämä sijoittaa sen hienosti alhaisen johtavuuden polymeereihin, huomattavasti vähemmän kuin metallit ja jopa monet tekniset muovit.

Lämpötilan noustessa lämmönjohtavuus kasvaa hieman. Lisäys on kohtalaista, eikä se muuta materiaalin olennaista eristävää luonnetta. PTFE:n sähkönjohtavuus ei saavuta metallitasoa edes korkeissa lämpötiloissa. Se on edelleen lämpösuoja. Lämmönsiirron tehokkuus paranee vain vähän, kun molekyylien liikkuvuus lisääntyy.

On syytä mainita, että tämä lämpötilasta riippuva parannus on jonkin verran pieni verrattuna yleiseen huonoon perusjohtavuuteen.

Lämpötilan vaikutus lämmönsiirtokykyyn
Hidas kasvu lämmityksen myötä
PTFE:n molekyylien liikkuvuus kasvaa lämpötilan noustessa, mikä johtaa jonkin verran tehokkaampaan fononien kuljetukseen. Tämä parantaa hieman lämmönjohtavuutta, vaikka materiaali on edelleen suurelta osin eriste.

Käytännöllisissä lämpöjärjestelmissä tämä tarkoittaa, että lämmitysvastetta PTFE-vaippojen kautta rajoittaa edelleen johtavuusvastus. Materiaalin lämpötilan nousu riippuu siis suuresti pintalämpövuosta ja paksuudesta eikä bulkkijohtavuuden muutoksesta.

Jopa korkeissa käyttöolosuhteissa PTFE toimii silti suojana, ei tehokkaana lämmön jakajana.

Täyteaineiden vaikutukset lämmönjohtavuuteen
Hiilen, grafiitin ja lasin modifikaatiot
Täyteaineiden käyttö johtaa merkittäviin johtavuuden vaihteluihin. Käyttämällä hiilitäyteaineita, kuten nokimustaa tai grafiittia neitseellisen PTFE:n päälle, lämmönjohtavuutta voidaan parantaa kahdesta kolmeen kertaan. Lasikuidut muuttavat myös lämpökäyttäytymistä, vaikkakaan ei yleensä niin merkittävää vaikutusta johtavuuden lisäyksen kannalta.

Tällaiset muutokset johtavat komposiittimateriaaleihin, joissa on osittain parannetut lämmönsiirtokanavat polymeerimatriisiin sisällytettyjen johtavien täyteaineverkostojen kautta.

Lämmönjohtavuuden kasvulla on kuitenkin{0}} kompromisseja. Mekaaninen joustavuus vähenee, murtovenymä vähenee ja hauraus lisääntyy. Tällaiset muutokset vaikuttavat pitkällä aikavälillä kestävyyteen lämpökierrossa ja mekaanisessa rasituksessa.

Lisäksi täyteaineet voivat heikentää kemiallista kestävyyttä tai muodostaa mikrokanavia, jotka voivat heikentää täydellistä inertiteettiä, joka tarvitaan erittäin-puhtaissa kemiallisissa ympäristöissä.

Yhteenveto lämmönjohtavuuden vertailusta