Modellmäßige Deutung der Wärmeleitfähigkeit von Hochpolymeren

Zusammenfassung

Die Wärmeleitfähigkeit der teilkristallinen Hochpolymeren läßt sich quantitativ in die Wärmeleitfähigkeit der amorphen und der kristallinen Phase zerlegen. Dabei zeigt die Wärmeleitfähigkeit der amorphen Phase die für die vollständig amorphen Hochpolymeren typische Temperaturabhängigkeit mit dem Knick bei der Einfriertemperatur. Nach dem Verhalten der Wärmeleitfähigkeit des kristallinen Anteils lassen sich die teilkristallinen Hochpolymeren in zwei Gruppen einteilen: Bei der einen Gruppe fällt die Wärmeleitfähigkeit der kristallinen Phase umgekehrt proportional zur absoluten Temperatur ab und befolgt damit das von „einfachen“ niedermolekularen Kristallen her bekannteT ⁻¹-Gesetz; bei der anderen Gruppe steigt die Wärmeleitfähigkeit der kristallinen Phase wie bei „komplizierten“ niedermolekularen Kristallen mit wachsender Temperatur an. Es wird gezeigt, daß die Wärmeleitfähigkeit in der kristallinen Phase bei der zweiten Gruppe durch das „Netzwerkmodell“, das im Teil I dieser Arbeit für die Wärmeleitfähigkeit der amorphen Hochpolymeren abgeleitet wurde, beschrieben werden kann. So kann u. a. die Wärmeleitfähigkeit der kristallinen Phase sowie die Wärmeleitfähigkeit teilkristalliner Proben aufgrund dieses Netzwerkmodells aus der Wärmeleitfähigkeit der amorphen Phase berechnet werden. Der Einfluß von Phasenumwandlungen auf die Wärmeleitfähigkeit wird am Beispiel von Polytetrafluoräthylen quantitativ untersucht.

Summary

The thermal conductivity of partially crystalline polymers can be quantitatively divided into the thermal conductivity of the amorphous and of the crystalline phase. A break in the temperature dependence curve of the amorphous phase, as observed with completely amorphous polymers, is found. According to the behavior of the thermal conductivity in the crystalline regions, one may distinguish two classes of partially crystalline polymers: for the first class the thermal conductivity of the crystalline phase follows theT ⁻¹-Law, valid for “simple” low molecular crystals. In the other class the thermal conductivity of the crystalline regions increases with temperature, as with “complicated” low molecular crystals.

It is shown that the thermal conductivity in the crystalline phase of the second class can be described by the “network model” derived in the first part of this publication for the thermal conductivity of amorphous high polymers. Thus for instance the thermal conductivity of the crystalline phase and the thermal conductivity of partially crystalline specimens can be calculated from amorphous phase data by means of the network model. The influence of first order transitions is discussed in connection with polytetrafluoroethylene.