Πώς αλλάζει η θερμική αγωγιμότητα του PTFE με τη θερμοκρασία και το περιεχόμενο πλήρωσης;

Το κύριο θερμικό μειονέκτημα του PTFE είναι η περιορισμένη αγωγιμότητα θερμότητας. Αυτή η ιδιότητα, ωστόσο, δεν είναι σταθερή αλλά ποικίλλει ανάλογα με τη θερμοκρασία και μπορεί να ρυθμιστεί με την προσθήκη χημικών ουσιών. Αυτή η κατανόηση αυτών των διαφορών επιτρέπει την πρόβλεψη της απόδοσης του θερμαντήρα κατά τη λειτουργία. Η επίδραση πλήρωσης θερμοκρασίας στη θερμική αγωγιμότητα του PTFE αναλύεται και τόσο η εξάρτηση από τη θερμοκρασία όσο και η σύνθεση του υλικού εμπλέκονται άμεσα στα όρια σχεδιασμού μεταφοράς θερμότητας.

Pure PTFE: Baseline Thermal Behavior
Το καθαρό PTFE έχει θερμική αγωγιμότητα περίπου 0,25 W/m K σε θερμοκρασία περιβάλλοντος. Αυτό το τοποθετεί όμορφα στα πολυμερή χαμηλής αγωγιμότητας, σημαντικά λιγότερο από τα μέταλλα και ακόμη και πολλά πλαστικά μηχανικής.

Με την αύξηση της θερμοκρασίας η θερμική αγωγιμότητα αυξάνεται ελαφρώς. Η αύξηση είναι μέτρια και δεν αλλοιώνει τον ουσιαστικό μονωτικό χαρακτήρα του υλικού. Η ηλεκτρική αγωγιμότητα του PTFE δεν φτάνει σε μεταλλικό επίπεδο ακόμη και σε υψηλές θερμοκρασίες. Είναι ακόμα ένα θερμικό φράγμα. Υπάρχει ελάχιστη βελτίωση στην απόδοση της μεταφοράς θερμότητας καθώς αυξάνεται η μοριακή κινητικότητα.

Αξίζει να σημειωθεί ότι αυτή η εξαρτώμενη από τη θερμοκρασία βελτίωση είναι κάπως μικρή σε σύγκριση με τη συνολική κακή βασική αγωγιμότητα.

Επίδραση της θερμοκρασίας στην ικανότητα μεταφοράς θερμότητας
Αργή αύξηση με θέρμανση
Η μοριακή κινητικότητα PTFE αυξάνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας, οδηγώντας σε κάπως πιο αποτελεσματική μεταφορά φωνονίων. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα μια μικρή βελτίωση στη θερμική αγωγιμότητα, αν και το υλικό εξακολουθεί να είναι σε μεγάλο βαθμό μονωτικό.

Σε πρακτικά θερμικά συστήματα αυτό σημαίνει ότι η απόκριση του θερμαντήρα μέσω θηκών PTFE εξακολουθεί να περιορίζεται από την αντίσταση αγωγιμότητας. Η αύξηση της θερμοκρασίας του υλικού κατά συνέπεια εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από την επιφανειακή ροή θερμότητας και το πάχος παρά από την αλλαγή της αγωγιμότητας του όγκου.

Ακόμη και κάτω από υψηλές συνθήκες λειτουργίας, το PTFE εξακολουθεί να λειτουργεί ως φράγμα προστασίας, όχι ως αποτελεσματικός διανομέας θερμότητας.

Επιδράσεις πληρωτικών στη θερμική αγωγιμότητα
Τροποποιήσεις άνθρακα, γραφίτη και γυαλιού
Η χρήση πληρωτικών οδηγεί σε σημαντικές διακυμάνσεις στην αγωγιμότητα. Χρησιμοποιώντας υλικά πλήρωσης άνθρακα όπως αιθάλη ή γραφίτη πάνω από παρθένο PTFE, η θερμική αγωγιμότητα μπορεί να βελτιωθεί δύο έως τρεις φορές. Οι ίνες γυαλιού αλλάζουν επίσης τη θερμική συμπεριφορά, αν και δεν είναι τόσο σημαντικό αποτέλεσμα γενικά όσον αφορά την αύξηση της αγωγιμότητας.

Τέτοιες αλλοιώσεις καταλήγουν σε σύνθετα υλικά με μερικώς ενισχυμένα κανάλια μετάδοσης θερμότητας μέσω αγώγιμων δικτύων πλήρωσης που ενσωματώνονται στη μήτρα πολυμερούς.

Ωστόσο, οι αυξήσεις στη θερμική αγωγιμότητα έχουν-αντιαλλάγματα. Η μηχανική ευκαμψία μειώνεται, η επιμήκυνση στο σπάσιμο μειώνεται και η ευθραυστότητα αυξάνεται. Τέτοιες αλλοιώσεις επηρεάζουν την ανθεκτικότητα υπό θερμικό κύκλο και μηχανική καταπόνηση μακροπρόθεσμα.

Επιπλέον, τα πληρωτικά ενδέχεται να αποδυναμώσουν τη χημική αντίσταση ή να σχηματίσουν μικροκανάλια που μπορεί να υπονομεύσουν την πλήρη αδράνεια που απαιτείται σε εξαιρετικά-καθαρά χημικά περιβάλλοντα.

Περίληψη Σύγκρισης Θερμικής Αγωγιμότητας