Het meten van de warmtegeleiding van gechloreerd polyvinylchloride (CPVC)

Gechloreerd polyvinylchloride (CPVC, figuur 1) is een thermoplastisch polymeer dat is afgeleid van polyvinylchloride (PVC). Het biedt verbeterde corrosie en thermische weerstand ten opzichte van PVC, en vertoont vlamvertragende eigenschappen. Onlangs werden wij door een cliënt gevraagd om correlatieve gegevens te verstrekken in het karakteriseren van de thermische geleidbaarheid van het materiaal via de Gemodificeerde Transient Plane Source (MTPS) methode van C-Therm met traditionele ASTM C-177 (bewaakte hete plaat) testgegevens.

Drijfveer voor de interesse van onze cliënt is het inzicht dat terwijl C-177 een goed-vertrouwde methode voor het meten van thermische geleidbaarheid is – zijn steekproefbeperkingen en lange testtijden het uitdagend maken om mee te werken. In vergelijking hiermee biedt de eenzijdige handige interface van MTPS meer flexibiliteit en zij willen de correlatie tussen de methoden begrijpen.

Gechloreerd polyvinylchloride gebruikt als het materiaal bij uitstek voor loodgietersafsluiters en -buizen
Figuur 1. CPVC wordt hoofdzakelijk gebruikt in loodgieterswerk, waar CPVC het materiaal van keus voor montage, kleppen en pijpen in de meeste toepassingen is.

Voordelen van CPVC

Een wezenlijk voordeel om CPVC in leidingwerk te gebruiken is het zelf zal doven als niet in direct contact met een vlam. CPVC biedt ook beduidend betere rekbaarheid en verbrijzelingsweerstand met betrekking tot pvc aan. Deze eigenschappen dragen tot de grote populariteit van dit materiaal voor loodgieterswerktoepassingen bij. In loodgieterswerktoepassingen, is het warmtegeleidingsvermogen van het materiaal belangrijk. Leidingen voor warm water moeten idealiter een laag warmtegeleidingsvermogen hebben (of een hoge warmteweerstand). Het warmtegeleidingsvermogen van het leidingmateriaal is een belangrijk aspect in het maximaliseren van efficiency van het algemene loodgieterij system.

Types van CPVC

CPVC omvat een brede klasse van polymere samenstellingen, met chlorering percentages die fabrikant tot fabrikant variëren. De thermische eigenschappen van het materiaal, met inbegrip van specifieke warmtecapaciteit, glasovergangstemperatuur, en warmtegeleidingsvermogen, zijn hoogst afhankelijk van de samenstelling van het polymeer.

Karakteristieken van CPVC

In het karakteriseren van het warmtegeleidingsvermogen, hebben de onderzoekers traditioneel op steady-state technieken zoals ASTM C-177 geleund. Echter, in de afgelopen twintig jaar hebben innovaties in transiente methoden, zoals de MTPS, mogelijkheden geopend voor snellere, eenvoudigere en veelzijdigere testmethoden. Dit biedt het potentieel voor verbeterde kwaliteitscontrole testen van werkelijke onderdelen en versnelde R&D karakterisering. De Modified Transient Plane Source techniek wordt algemeen beschouwd als de meest consistente en nauwkeurige van de transiënte technieken. Een vergelijking tussen deze technieken wordt hieronder voorgesteld.

Methods for Measuring Thermal Conductivity of CPVC

Guarded Hot Plate

ASTM C177 (Guarded Hot Plate) is gekend als een absolute, nauwkeurige methode van thermische geleidbaarheidsanalyse – het is de methode waaraan vele andere normen, zoals ASTM C518, worden gekalibreerd. Om geldig te zijn, vereisen analyses het bereiken van thermische stationaire toestand, als volgt gedefinieerd:

8.8.1 Thermische stationaire toestand voor het doel van deze testmethode wordt analytisch gedefinieerd als:

8.8.1.1 De temperaturen van de warme en koude oppervlakken zijn stabiel binnen het vermogen van de apparatuur onder de testcondities. Idealiter zal een foutenanalyse de grootte van de toelaatbare verschillen bepalen, maar gewoonlijk is het verschil minder dan 0,1 % van het temperatuurverschil.

8.8.1.2 Het vermogen naar het meetgebied is stabiel binnen de mogelijkheden van de apparatuur. Idealiter zal een foutenanalyse de grootte van de toelaatbare verschillen bepalen, maar gewoonlijk is het verschil minder dan 0,2 % van het verwachte gemiddelde resultaat.

8.8.1.3 De hierboven vereiste omstandigheden bestaan gedurende ten minste vier intervallen van 30 min of, indien dit langer is, vier tijdconstanten van het systeem.

(ASTM C177)

Nadat de stationaire toestand is bereikt, worden drie cycli van gegevensverwerving voltooid, die elk ten minste 30 minuten duren, voor een totale minimumtesttijd van ten minste 3,5 uur, vaak veel langer voor dikke, microporeuze of bijzonder dichte monsters. Het is niet ongebruikelijk dat het testen van afzonderlijke monsters een dag duurt. Het testen van stijve monsters – met inbegrip van glas, keramiek, en polymeren onder hun glasovergangstemperatuur – via C177 vereist uitgebreide monstervoorbereiding om ervoor te zorgen dat de monstervlakken evenwijdig en vlak zijn in dezelfde mate als de platen, hetgeen resulteert in uitgebreide en zeer nauwkeurige bewerkingsvereisten. Ook vereist C177 dat speciale voorzorgsmaatregelen worden genomen voor materialen met een warmtegeleidingsvermogen van meer dan 0,1 W/mK, en voor los gevulde monsters (zie paragrafen 7.2.2 en 7.2.4 in ASTM C177 alsmede ASTM C687 voor meer informatie).

Modified Transient Plane Source (MTPS)

De Modified Transient Plane Source (MTPS) methode van warmtegeleidingsanalyse is daarentegen een eenzijdige transiënte methode. Een test bestaat uit een transiënte warmtepuls die via de platina spoel van de sensor op het oppervlak van het monster wordt aangebracht. Op hetzelfde moment dat de sensorspoel opwarmt, wordt ook de beschermring verwarmd, zodat de warmtestroom naar het monster eendimensionaal is (voor de korte gebruikte testtijd).

Omdat de meting van voorbijgaande aard is, kan een enkele meting in minder dan enkele seconden worden verricht, waardoor in enkele minuten een statistisch significant aantal datapunten kan worden verzameld. De MTPS-methode is een veel handigere methode om warmtegeleidingsgegevens te verzamelen. Voor meer details over de punten van verschil tussen de methoden is een verdere gedetailleerde vergelijking hier beschikbaar.

Vergelijking van de thermische geleidbaarheid resultaten van Guarded Hot Plate en MTPS

Een stuk CPVC werd gekarakteriseerd zowel door ASTM C177 en de MTPS methode van thermische geleidbaarheid analyse bij kamertemperatuur omstandigheden (ongeveer 25 ◦ Celsius). De resultaten zijn weergegeven in figuur 2.

Figuur 2. Thermische geleidbaarheid van CPVC, gemeten met ASTM C177 en met MTPS.

Conclusie

De thermische geleidbaarheid van CPVC zoals gemeten met ASTM C177 was 0,136 W/mK. De Gemodificeerde Transient Plane Source methode is ook gebruikt om CPVC te testen, en de waargenomen thermische geleidbaarheid was 0,139 W/mK. De resultaten van de twee testmethodes komen met meer dan 2,5% overeen. Vergelijkbare studies waarbij NIST-bron Standaard Referentie Materiaal (SRM) van Geëxpandeerd PolyStyreen (EPS) werd getest, bevestigden een vergelijkbare nauwkeurigheid.

Leave a Reply

Geef een antwoord

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd.