A klórozott polivinil-klorid (CPVC) hővezető képességének mérése

A klórozott polivinil-klorid (CPVC, 1. ábra) a polivinil-kloridból (PVC) származó hőre lágyuló polimer. A PVC-hez képest jobb korrózió- és hőállóságot biztosít, és égésgátló tulajdonságokkal rendelkezik. Nemrégiben egy ügyfelünk arra kért minket, hogy a C-Therm módosított tranziens síkforrás (MTPS) módszerével korrelatív adatokat szolgáltassunk az anyag hővezető képességének jellemzésére a hagyományos ASTM C-177 (védett forró lemez) vizsgálati adatokkal.

Az ügyfelünk érdeklődését az motiválta, hogy bár a C-177 egy jól bevált módszer a hővezető képesség mérésére – a mintára vonatkozó korlátozások és a hosszú vizsgálati idők kihívást jelentenek a munka során. Ehhez képest az MTPS egyoldalú, kényelmes felülete nagyobb rugalmasságot kínál, és szeretnék megérteni a módszerek közötti összefüggést.

Klórozott polivinil-klorid, amelyet a vízvezeték-szelepek és -csövek anyagaként használnak
1. ábra. A CPVC-t elsősorban a vízvezeték-szerelésben használják, ahol a legtöbb alkalmazásban a CPVC a szerelvények, szelepek és csövek választott anyaga.

A CPVC előnyei

A CPVC csővezetékekben való használatának egyik jelentős előnye, hogy önkioltó, ha nem érintkezik közvetlenül lánggal. A CPVC a PVC-hez képest jelentősen jobb alakíthatóságot és nyomószilárdságot is kínál. Ezek a tulajdonságok hozzájárulnak ahhoz, hogy ez az anyag nagy népszerűségnek örvend a vízvezeték-szerelési alkalmazásokban. A vízvezeték-szerelési alkalmazásokban fontos az anyag hővezető képessége. A forró víz továbbítására használt csővezetékeknek ideális esetben alacsony hővezető képességgel (vagy magas hőellenállással) kell rendelkezniük. A csőanyag hővezető képessége fontos szempont a teljes vízvezetékrendszer hatékonyságának maximalizálásában.

A CPVC típusai

A CPVC a polimer vegyületek széles osztályát foglalja magában, amelyek klórozási aránya gyártónként eltérő. Az anyag hőtani tulajdonságai, beleértve a fajlagos hőkapacitást, az üvegesedési átmeneti hőmérsékletet és a hővezető képességet, nagymértékben függnek a polimer összetételétől.

A CPVC jellemzői

A hővezető képesség jellemzésében a kutatók hagyományosan az állandósult állapotú technikákhoz, például az ASTM C-177 szabványhoz folyamodtak. Az elmúlt húsz évben azonban a tranziens módszerek, például az MTPS újításai gyorsabb, egyszerűbb és sokoldalúbb vizsgálati módszerek lehetőségét nyitották meg. Ez lehetőséget kínál a tényleges alkatrészek jobb minőségellenőrzési vizsgálatára és a gyorsított R&D jellemzésre. A módosított tranziens síkforrás technikát széles körben a tranziens technikák közül a legkövetkezetesebbnek és legpontosabbnak tartják. Az alábbiakban e technikák összehasonlítását mutatjuk be.

Módszerek a CPVC hővezetőképességének mérésére

Garded Hot Plate

Az ASTM C177 (Guarded Hot Plate) ismert abszolút, pontos hővezetési vizsgálati módszer – ez az a módszer, amelyhez számos más szabványt, például az ASTM C518-at kalibrálják. Ahhoz, hogy az elemzések érvényesek legyenek, a következő módon meghatározott termikus állandósult állapot elérése szükséges:

8.8.1 A termikus állandósult állapot e vizsgálati módszer alkalmazásában analitikusan a következőképpen kerül meghatározásra:

8.8.1.1 A forró és hideg felületek hőmérséklete a vizsgálati körülmények között a berendezés képességén belül stabil. Ideális esetben egy hibaelemzés határozza meg a megengedett különbségek nagyságát, azonban a különbség általában kisebb, mint a hőmérsékletkülönbség 0,1 %-a.

8.8.1.2 A mérőterület teljesítménye a berendezés képességén belül stabil. Ideális esetben egy hibaelemzés határozza meg a megengedett különbségek nagyságát, azonban a különbség általában kisebb, mint a várt átlagos eredmény 0,2 %-a.

8.8.1.1.3 A fenti előírt feltételek legalább négy 30 perces intervallum vagy négy rendszeridőállandó alatt állnak fenn, attól függően, hogy melyik a hosszabb.

(ASTM C177)

A stabil állapot elérését követően három adatgyűjtési futtatást kell elvégezni, amelyek mindegyike legalább 30 percig tart, így a teljes minimális vizsgálati idő legalább 3,5 óra, vastag, mikroporózus vagy különösen sűrű minták esetében gyakran sokkal hosszabb. Nem ritka, hogy az egyes minták futtatása egy napot is igénybe vesz. A merev minták – beleértve az üvegeket, kerámiákat és az üvegesedési hőmérséklet alatti polimereket – C177 segítségével történő vizsgálata kiterjedt mintaelőkészítést igényel annak biztosítása érdekében, hogy a mintasíkok párhuzamosak és laposak legyenek a lemezekkel azonos mértékben, ami kiterjedt és rendkívül pontos megmunkálási követelményeket eredményez. Továbbá a C177 különleges óvintézkedéseket ír elő a 0,1 W/mK-nál nagyobb hővezető képességű anyagok és a laza töltésű minták esetében (további információkért lásd az ASTM C177 7.2.2. és 7.2.4. szakaszát, valamint az ASTM C687 szabványt).

Módosított tranziens síkforrás (MTPS)

Ezzel szemben a módosított tranziens síkforrás (MTPS) hővezetés-elemzési módszer egyoldalú tranziens módszer. A vizsgálat egy tranziens hőimpulzusból áll, amelyet az érzékelő platina tekercsén keresztül juttatnak a minta felületére. Az érzékelőtekercs melegedésével egyidejűleg a védőgyűrű is felmelegszik, így biztosítva a mintába történő egydimenziós hőáramlást (az alkalmazott rövid vizsgálati időre).

A mérés átmeneti jellege miatt egyetlen mérés néhány másodperc alatt elvégezhető, így néhány perc alatt statisztikailag jelentős számú adatpontot lehet gyűjteni. Az MTPS módszer sokkal kényelmesebb módszer a hővezetési adatok gyűjtésére. A módszerek közötti különbségek pontjairól további részletes összehasonlítás itt olvasható.

A Guarded Hot Plate és az MTPS hővezetési eredményeinek összehasonlítása

Egy darab CPVC-t jellemeztek mind az ASTM C177, mind az MTPS hővezetési módszerrel szobahőmérsékleten (kb. 25 ◦ Celsius fok). Az eredményeket a 2. ábra mutatja.

2. ábra. A CPVC hővezető képessége, ASTM C177 és MTPS módszerrel mérve.

Következtetés

A CPVC hővezető képessége az ASTM C177 módszerrel mérve 0,136 W/mK volt. A CPVC vizsgálatára is alkalmazták a Módosított Tranziens Síkforrás Módszert, és a megfigyelt hővezetési tényező 0,139 W/mK volt. A két vizsgálati módszer eredményei 2,5%-nál jobban egyeznek. Hasonló vizsgálatok, amelyekben NIST-forrású szabványos referenciaanyagot (SRM) vizsgáltak expandált polisztirolból (EPS), hasonló teljesítménypontosságot igazoltak.

Leave a Reply

Vélemény, hozzászólás?

Az e-mail-címet nem tesszük közzé.