Polecamy

B2B Giełda Tworzyw Szukaj
Świat Tworzyw RSS

Dlaczego Tworzywa Są Dobrym Izolatorem?

Drukuj

Dlaczego Tworzywa Są Dobrym Izolatorem?

Tworzywa sztuczne są słabymi przewodnikami ciepła, ponieważ praktycznie nie mają wolnych elektronów dostępnych dla mechanizmów przewodzenia, takich jak metale. Izolacyjność termiczną tworzyw sztucznych ocenia się poprzez pomiar przewodności cieplnej. Przewodzenie ciepła to innymi słowy zdolność do przenoszenia ciepła, która w przypadku tworzyw amorficznych w temperaturze 0-200°C mieści się z reguły w zakresie 0,125-0,200 W/m-1K-1. Z kolei tworzywa termoplastyczne częściowo krystaliczne posiadające uporządkowane obszary krystaliczne mają lepszą przewodność,

Jak zmierzyć przewodność cieplną polimerów?

Istnieje kilka sposobów pomiaru przewodności cieplnej. Przewodność cieplną tworzyw sztucznych mierzy się zazwyczaj zgodnie z ASTM C177 i ISO 8302, przy użyciu urządzenia z gorącą płytą z osłoną. Urządzenie z osłoniętą płytą grzejną jest powszechnie uznawane za podstawową bezwzględną metodę pomiaru właściwości przenikania ciepła jednorodnych materiałów izolacyjnych w postaci płaskich płyt.

Płyta grzewcza z osłoną — Stałą próbkę materiału umieszcza się między dwiema płytami. Jedna płyta jest podgrzewana, a druga jest chłodzona lub podgrzewana w mniejszym stopniu. Temperaturę płytek monitoruje się aż do jej ustabilizowania się. Temperatury w stanie ustalonym, grubość próbki i dopływ ciepła do płyty grzejnej są wykorzystywane do obliczania przewodności cieplnej. Przewodność cieplną k oblicza się ze wzoru:

 

Gdzie:

  • Q to ilość ciepła przechodzącego przez obszar podstawy próbki [W]
  • A Powierzchnia bazowa próbki [m2]
  • d odległość pomiędzy dwoma stronami próbki [m]
  • Temperatura T2 po cieplejszej stronie próbki [K]
  • Temperatura T1 po zimniejszej stronie próbki [K]

Mechanizm przewodzenia ciepła

Przewodzenie ciepła w polimerach opiera się na ruchu molekuł oraz przez wiązania wewnątrz- i międzycząsteczkowe. Zmiany strukturalne m.in. sieciowanie w materiałach termoutwardzalnych i elastomerach zwiększa przewodność cieplną, ponieważ wiązania van der Waalsa są stopniowo zastępowane wiązaniami walencyjnymi posiadającymi większą przewodność cieplną.

Alternatywnie, zmniejszenie długości wiązania lub czynników powodujących wzrost struktur nieuporządkowanych lub wolnej objętości (przestrzeni) w polimerach skutkuje zmniejszeniem przewodności cieplnej, a tym samym zwiększeniem izolacji termicznej. Stąd też jest oczywistym, że obecność fazy krystalicznej i wzrost stopnia krystaliczności w polimerach powoduje lepsze upakowanie cząsteczki, a tym samym zwiększoną przewodność cieplną.

Polimery amorficzne wykazują wzrost przewodności cieplnej wraz ze wzrostem temperatury, aż do temperatury zeszklenia Tg. Powyżej temperatury zeszklenia przewodność cieplna spada wraz ze wzrostem temperatury. Ze względu na wzrost gęstości po zestaleniu półkrystalicznych termoplastów przewodność cieplna jest wyższa w stanie stałym niż w stopie. Jednak w stanie stopionym przewodność cieplna polimerów półkrystalicznych zmniejsza się do przewodności cieplnej polimerów amorficznych.

Czynniki wpływające na izolację termiczną

Tworzywa polimerowe są bardzo dobrymi izolatorami. Przewodność cieplna polimerów wzrasta wraz ze wzrostem objętościowej zawartości wypełniacza (lub zawartości włókien; z reguły do ok. 20% udziału objętościowego).

Przyczyną tego stanu rzeczy jest oczywiście wyższa przewodność cieplna wypełniaczy nieorganicznych, która zwiększa przewodność cieplną wypełnionych polimerów.

Pianki polimerowe wykazują wyraźny spadek przewodzenia ciepła na skutek wprowadzenia do struktury wypełniaczy gazowych. Zwiększenie liczby zamkniętych komórek w piance minimalizuje przewodzenie ciepła przez konwekcję dodatkowo poprawiając izolacyjny charakter materiału.

Należy także dodać, że przewodność cieplna stopów wzrasta wraz z ciśnieniem hydrostatycznym, a ściśliwość tworzyw sztucznych dodatkowo wywiera odwrotny wpływ na izolację termiczną, ponieważ zwiększa gęstość upakowania cząsteczek. Inne czynniki wpływające na przewodność cieplną to gęstość materiału, wilgotność materiału i temperatura otoczenia. Wraz ze wzrostem gęstości, wilgotności i temperatury wzrasta również przewodność cieplna.

Wartość przewodności cieplnej dla tworzyw termoplastycznych w formie podstawowej i odmianach modyfikowanych:

 

TYP POLIMERU (MODYFIKACJA)

Min (W/mK)

Max (W/mK)

ABS

0.130

0.190

ABS FR

0.173

0.175

ABS HH

0.200

0.400

ABS HI

0.200

0.400

ABS/PC 20%GF

0.140

0.150

ASA

0.170

0.170

ASA/PC

0.170

0.170

ASA/PC FR

0.170

0.700

CA

0.250

0.250

CAB

0.250

0.250

CP

0.190

0.190

CPVC

0.160

0.160

ECTFE

0.150

0.150

EVOH

0.340

0.360

FEP

0.250

0.250

HDPE

0.450

0.500

HIPS

0.110

0.140

HIPS FR (V0)

0.120

0.120

JONOMER (EMAC)

0.230

0.250

LCP GF

0.270

0.320

LDPE

0.320

0.350

LLDPE

0.350

0.450

MABS

0.170

0.180

PA 11

0.330

0.330

PA 12

0.330

0.330

PA 46

0.300

0.300

PA 6

0.240

0.240

PA 6.10

0.210

0.210

PA 66

0.250

0.250

PA 66, 30%GF

0.280

0.280

PA 66, 30%MF

0.380

0.380

PA66 HI

0.240

0.450

PAI

0.240

0.540

PAI, 30%GF

0.360

0.360

PAR

0.180

0.210

PBT

0.210

0.210

PBT, 30%GF

0.240

0.240

PC, 30%GF

0.220

0.220

PC, 30%GF FR

0.210

0.390

PC HH

0.210

0.210

PEEK

0.250

0.250

PEEK, 30%CF

0.900

0.950

PEEK, 30%GF

0.430

0.430

PEI

0.220

0.250

PEI, 30%GF

0.230

0.260

PEEK

1.750

1.750

PESU

0.170

0.190

PET

0.290

0.290

PET, 30%GF

0.330

0.330

PETG

0.190

0.190

PFA

0.190

0.260

PI

0.100

0.350

PLA

0.110

0.195

PMMA

0.150

0.250

PMMA HH

0.120

0.210

PMMA

0.200

0.220

POM

0.310

0.310

PP, 15%GF

0.200

0.300

PP, 10-40%MF

0.300

0.400

PP, 10-40%TF

0.300

0.400

PP, 30%GF

0.300

0.300

PPC

0.150

0.210

PPH

0.150

0.210

PP HI

0.150

0.210

PPE

0.160

0.220

PPE, 30%GF

0.280

0.280

PPE, FR

0.160

0.220

PPS

0.290

0.320

PPS, 25%GF

0.300

0.300

PS

0.160

0.160

PS, High Heat

0.160

0.160

PSU

0.120

0.260

PSU, 30%GF

0.300

0.300

PTFE

0.240

0.240

PTFE, 25%GF

0.170

0.450

PVC

0.160

0.160

PVDC

0.160

0.200

PVDF

0.180

0.180

SAN

0.150

0.150

SAN, 20%GF

0.200

0.320

SMA

0.170

0.170

 

/Źródło: Omnexus/

Wyświetleń:
Komentarze użytkowników (0)

ALBIS - In Touch With Plastics

Plastline

Plastinvent