Măsurarea conductivității termice a clorurii de polivinil clorurate (CPVC)

Clorura de polivinil clorurată (CPVC, figura 1) este un polimer termoplastic derivat din clorura de polivinil (PVC). Oferă o rezistență îmbunătățită la coroziune și rezistență termică în raport cu PVC și prezintă proprietăți ignifuge. Recent, un client ne-a cerut să furnizăm date corelative în caracterizarea conductivității termice a materialului prin metoda C-Therm Modified Transient Plane Source (MTPS) a C-Therm cu datele de testare tradiționale ASTM C-177 (placă fierbinte protejată).

Motivația interesului clientului nostru este înțelegerea faptului că, deși C-177 este o metodă de încredere pentru măsurarea conductivității termice – restricțiile sale privind probele și duratele lungi de testare o fac dificilă pentru a lucra cu ea. Comparativ, interfața convenabilă unilaterală a MTPS oferă o mai mare flexibilitate, iar ei doresc să înțeleagă corelația dintre aceste metode.

Clorura de polivinil clorura de clorură clorura de vinil utilizată ca material de alegere pentru supape și țevi de instalații sanitare
Figura 1. CPVC este utilizat în principal în instalații sanitare, unde CPVC este materialul ales pentru fitinguri, supape și țevi în majoritatea aplicațiilor.

Beneficii ale CPVC

Un beneficiu substanțial al utilizării CPVC în conducte este că se va autoextinge dacă nu este în contact direct cu o flacără. De asemenea, CPVC oferă o ductilitate și o rezistență la strivire semnificativ îmbunătățite în raport cu PVC-ul. Aceste proprietăți contribuie la marea popularitate a acestui material pentru aplicațiile de instalații sanitare. În aplicațiile de instalații sanitare, conductivitatea termică a materialului este importantă. Orice țeavă utilizată pentru a transmite apă caldă ar trebui să aibă în mod ideal o conductivitate termică scăzută (sau o rezistență termică ridicată). Conductivitatea termică a materialului pentru conducte este un aspect important în maximizarea eficienței întregului sistem de instalații sanitare.

Tipuri de CPVC

CPVC include o clasă largă de compuși polimerici, cu procente de clorinare care variază de la producător la producător. Proprietățile termice ale materialului, inclusiv capacitatea termică specifică, temperatura de tranziție vitroasă și conductivitatea termică, depind în mare măsură de compoziția polimerului.

Caracteristicile CPVC

În caracterizarea conductivității termice, cercetătorii s-au orientat în mod tradițional către tehnici în regim staționar, cum ar fi ASTM C-177. Cu toate acestea, în ultimii douăzeci de ani, inovațiile în metodele tranzitorii, cum ar fi MTPS, au deschis oportunități pentru metode de testare mai rapide, mai ușoare și mai versatile. Acest lucru oferă potențialul de a îmbunătăți testarea controlului calității pieselor reale și caracterizarea accelerată a R&D. Tehnica Modified Transient Plane Source (Sursa plană tranzitorie modificată) este considerată pe scară largă ca fiind cea mai consistentă și mai precisă dintre tehnicile tranzitorii. O comparație între aceste tehnici este prezentată mai jos.

Metode de măsurare a conductivității termice a CPVC

Guarded Hot Plate

ASTM C177 (Guarded Hot Plate) este cunoscută ca fiind o metodă absolută și precisă de analiză a conductivității termice – este metoda la care sunt etalonate multe alte standarde, cum ar fi ASTM C518. Pentru a fi valabile, analizele necesită atingerea stării de echilibru termic, definită după cum urmează:

8.8.1 Starea de echilibru termic în scopul acestei metode de încercare este definită analitic astfel:

8.8.1.1 Temperaturile suprafețelor calde și reci sunt stabile în limitele capacității echipamentului în condițiile de încercare. În mod ideal, o analiză a erorilor va determina magnitudinea diferențelor admisibile, însă diferența este, de obicei, mai mică de 0,1 % din diferența de temperatură.

8.8.1.2.2 Puterea către zona de măsurare este stabilă în limitele capacității echipamentului. În mod ideal, o analiză a erorilor va determina amploarea diferențelor admisibile, cu toate acestea, diferența este de obicei mai mică de 0,2 % din rezultatul mediu așteptat.

8.8.1.1.3 Condițiile necesare de mai sus există în timpul a cel puțin patru intervale cu durata de 30 min sau patru constante de timp ale sistemului, oricare dintre acestea este mai mare.

(ASTM C177)

După atingerea stării de echilibru, se finalizează trei cicluri de achiziție a datelor, fiecare având o durată minimă de 30 de minute, pentru o durată totală minimă de testare de cel puțin 3,5 ore, adesea mult mai mult pentru eșantioane groase, microporoase sau deosebit de dense. Nu este neobișnuit ca pentru probele individuale să dureze o zi. Testarea eșantioanelor rigide – inclusiv a sticlelor, ceramicii și polimerilor sub temperatura lor de tranziție vitroasă – cu ajutorul C177 necesită o pregătire extensivă a eșantioanelor pentru a se asigura că planurile eșantioanelor sunt paralele și plane în aceeași măsură ca și plăcile, ceea ce duce la cerințe de prelucrare extinse și foarte precise. De asemenea, C177 necesită luarea unor precauții speciale pentru materialele cu o conductivitate termică mai mare de 0,1 W/mK și pentru probele cu umplutură liberă (a se vedea secțiunile 7.2.2 și 7.2.4 din ASTM C177, precum și ASTM C687 pentru mai multe informații).

Modified Transient Plane Source (MTPS)

În schimb, metoda Modified Transient Plane Source (MTPS) de analiză a conductivității termice este o metodă tranzitorie unilaterală. Un test constă într-un impuls termic tranzitoriu care este aplicat pe suprafața probei prin intermediul bobinei de platină a senzorului. În același timp cu încălzirea bobinei senzorului, se încălzește și inelul de protecție, asigurându-se astfel că fluxul de căldură în probă este unidimensional (pentru timpul scurt de testare utilizat).

Din cauza naturii tranzitorii a măsurătorii, o singură măsurătoare poate fi obținută în mai puțin de câteva secunde, permițând colectarea unui număr semnificativ din punct de vedere statistic de puncte de date în doar câteva minute. Metoda MTPS este o metodă mult mai convenabilă de colectare a datelor de conductivitate termică. Pentru mai multe detalii cu privire la punctele de diferență dintre cele două metode, o comparație mai detaliată este disponibilă aici.

Compararea rezultatelor conductivității termice obținute prin metoda Guarded Hot Plate și MTPS

O bucată de CPVC a fost caracterizată atât prin metoda ASTM C177, cât și prin metoda MTPS de analiză a conductivității termice în condiții de temperatură ambiantă (aproximativ 25 ◦ Celsius). Rezultatele sunt prezentate în figura 2.

Figura 2. Conductivitatea termică a CPVC, măsurată prin ASTM C177 și prin MTPS.

Concluzie

Conductivitatea termică a CPVC, măsurată prin ASTM C177, a fost de 0,136 W/mK. Metoda Modified Transient Plane Source (Sursa plană tranzitorie modificată) a fost utilizată pentru a testa, de asemenea, CPVC, iar conductivitatea termică observată a fost de 0,139 W/mK. Rezultatele celor două metode de testare sunt în concordanță cu mai puțin de 2,5%. Studii similare care au testat materialul de referință standard (SRM) din sursa NIST de polistiren expandat (EPS) au confirmat o precizie similară a performanței.

Leave a Reply

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată.