כיצד משתנה המוליכות התרמית של PTFE עם הטמפרטורה ותוכן המילוי?

החיסרון התרמי העיקרי של PTFE הוא הולכת החום המוגבלת שלו. תכונה זו, לעומת זאת, אינה קבועה אלא משתנה בהתאם לטמפרטורה וניתנת להתאמה על ידי הוספת כימיקלים. הבנה זו של ההבדלים הללו מאפשרת חיזוי של ביצועי המחמם בשירות. השפעת מילוי הטמפרטורה על המוליכות התרמית של PTFE מנותחת והן תלות הטמפרטורה והן ניסוח החומר מעורבים ישירות במגבלות התכנון של העברת החום.

PTFE טהור: התנהגות תרמית בסיסית
ל-Pure PTFE יש מוליכות תרמית של כ-0.25 W/m K בטמפרטורת הסביבה. זה מציב אותו יפה בפולימרים בעלי מוליכות נמוכה, פחות משמעותית ממתכות ואפילו פלסטיקה הנדסית רבים.

עם עליית הטמפרטורה המוליכות התרמית גדלה מעט. העלייה מתונה ואינה משנה את אופי הבידוד המהותי של החומר. המוליכות החשמלית של PTFE אינה מגיעה לרמה מתכתית אפילו בטמפרטורות גבוהות. זה עדיין מחסום תרמי. יש שיפור מינימלי ביעילות הובלת חום ככל שהניידות המולקולרית גדלה.

ראוי להזכיר כי שיפור תלוי טמפרטורה זה הוא זעיר במקצת בהשוואה למוליכות הבסיס הירודה הכוללת.

השפעת הטמפרטורה על יכולת העברת החום
עלייה איטית עם חימום
ניידות מולקולרית PTFE עולה עם עליית הטמפרטורה, מה שמוביל להובלת פונון יעילה יותר. זה מביא לשיפור קטן במוליכות התרמית, אם כי החומר הוא עדיין במידה רבה מבודד.

במערכות תרמיות פרקטיות זה אומר שתגובת המחמם באמצעות מעטפות PTFE עדיין מוגבלת על ידי התנגדות ההולכה. כתוצאה מכך, עליית הטמפרטורה של החומר תלויה מאוד בשטף החום של פני השטח ובעובי ולא בשינוי המוליכות בתפזורת.

אפילו בנסיבות הפעלה גבוהות PTFE עדיין פועל כמחסום להגנה, ולא כמפיץ יעיל של חום.

השפעות של חומרי מילוי על מוליכות תרמית
שינויים של פחמן, גרפיט וזכוכית
השימוש בחומרי מילוי מוביל לשינויים משמעותיים במוליכות. באמצעות חומרי מילוי פחמן כמו פחמן שחור או גרפיט על פני PTFE בתולי, ניתן לשפר את המוליכות התרמית פעמיים עד שלוש. סיבי זכוכית גם משנים התנהגות תרמית אם כי לא השפעה כה משמעותית בדרך כלל מבחינת הגברת מוליכות.

שינויים כאלה מביאים לחומרים מרוכבים עם ערוצי העברת חום משופרים חלקית דרך רשתות מילוי מוליכות המשולבות במטריצת הפולימר.

עם זאת, לעלייה במוליכות החום יש פשרות-. הגמישות המכנית פוחתת, התארכות בשבירה מצטמצמת והשבריריות גוברת. שינויים כאלה משפיעים על העמידות תחת מחזורי חום ולחץ מכני בטווח הארוך.

בנוסף, חומרי מילוי עשויים להחליש את העמידות הכימית או ליצור מיקרו-ערוצים שעלולים לערער את האינרטיות המלאה הדרושה בסביבות כימיות טהורות במיוחד.

סיכום השוואת מוליכות תרמית