Hur förändras den termiska ledningsförmågan hos PTFE med temperatur och fyllmedelsinnehåll?

Den största termiska nackdelen med PTFE är dess begränsade värmeledning. Denna egenskap är dock inte konstant utan varierar med temperaturen och kan justeras genom tillsats av kemikalier. Denna förståelse av dessa skillnader möjliggör förutsägelse av värmarens prestanda under drift. Temperaturfyllnadseffekten på PTFEs värmeledningsförmåga analyseras och både temperaturberoende och materialsammansättning är direkt involverade i designgränserna för värmeöverföring.

Ren PTFE: Baseline Thermal Behavior
Ren PTFE har en värmeledningsförmåga på cirka 0,25 W/m K vid omgivningstemperatur. Detta sätter det bra i polymerer med låg ledningsförmåga, betydligt mindre än metaller och till och med många tekniska plaster.

Med ökande temperatur ökar värmeledningsförmågan något. Ökningen är måttlig och förändrar inte materialets väsentliga isolerande karaktär. Den elektriska ledningsförmågan hos PTFE når inte metallnivå även vid höga temperaturer. Det är fortfarande en termisk barriär. Det finns minimal förbättring av effektiviteten för värmetransport eftersom den molekylära rörligheten ökar.

Det är värt att nämna att denna temperaturberoende förbättring är något liten i jämförelse med den övergripande dåliga baslinjekonduktiviteten.

Temperaturens inverkan på värmeöverföringsförmågan
Långsam ökning med uppvärmning
PTFEs molekylära rörlighet ökar med ökande temperatur, vilket leder till något effektivare fonontransport. Detta resulterar i en liten förbättring av värmeledningsförmågan, även om materialet fortfarande till stor del är en isolator.

I praktiska termiska system innebär detta att värmarens respons via PTFE-mantel fortfarande begränsas av ledningsmotståndet. Ökningen av materialets temperatur är följaktligen starkt beroende av ytvärmeflödet och tjockleken snarare än en förändring av bulkledningsförmågan.

Även under höga driftsförhållanden fungerar PTFE fortfarande som en barriär för skydd, inte som en effektiv värmefördelare.

Effekter av fyllmedel på värmeledningsförmåga
Modifieringar av kol, grafit och glas
Användningen av fyllmedel leder till betydande variationer i konduktivitet. Genom att använda kolfyllmedel som kimrök eller grafit över ny PTFE, kan värmeledningsförmågan förbättras två till tre gånger. Glasfibrer ändrar också termiskt beteende även om det inte är en så signifikant effekt i allmänhet vad gäller konduktivitetsförstärkning.

Sådana förändringar resulterar i kompositmaterial med delvis förbättrade värmeöverföringskanaler genom ledande fyllmedelsnätverk inkorporerade i polymermatrisen.

Ökningen av värmeledningsförmågan har dock kompromisser-. Den mekaniska flexibiliteten minskar, brottöjningen minskar och sprödheten ökar. Sådana förändringar påverkar hållbarheten under värmecykling och mekanisk stress på lång sikt.

Dessutom kan fyllmedel försvaga kemisk resistens eller bilda mikrokanaler som kan undergräva den fullständiga trögheten som krävs i ultra-rena kemiska miljöer.

Sammanfattning av termisk konduktivitetsjämförelse