導(dǎo)熱系數(shù)是表征導(dǎo)熱材料性能使用,優(yōu)劣重要的參數(shù)之一越來越重要的位置, 也是使用者最為關(guān)注的技術(shù)指標(biāo)。
導(dǎo)熱系數(shù)的定義是: 在穩(wěn)定傳熱條件下發展成就,1m厚的材料提供了有力支撐,兩側(cè)表面的溫差為1度(K,℃)創造,在1秒內(nèi)(1s)不難發現,通過1平方米面積傳遞的熱量,單位為瓦/米·度(W/(m·K)設備製造,此處為K可用℃代替)發展需要。
材料的導(dǎo)熱系數(shù)不僅與材料的物質(zhì)種類有關(guān),而且與它的微觀結(jié)構(gòu)管理、填料含量等有密切聯(lián)系顯示。在科學(xué)實驗和工程設(shè)計中,所用材料的導(dǎo)熱系數(shù)都需要用實驗的方法精確測定效率和安。 導(dǎo)熱系數(shù)的測定方法發(fā)展到現(xiàn)在已經(jīng)有了許多種設計能力,它們有不同的適用領(lǐng)域、測量范圍深入開展、精度更為一致、準(zhǔn)確度和試樣尺寸要求等,不同方法對同一樣品的測量結(jié)果可能會有較大的差別技術的開發,因此選擇合適的測試方法是首要的研究與應用。
目前導(dǎo)熱系數(shù)的測定方法分為穩(wěn)態(tài)法和非穩(wěn)態(tài)法兩大類,具有各自不同的測試原理服務品質。在導(dǎo)熱硅膠行業(yè)中的發生,常見的測試方法是穩(wěn)態(tài)熱板法(參照標(biāo)準(zhǔn):ASTM D5470),瞬態(tài)平面熱源法(參照標(biāo)準(zhǔn):ISO 22007-2)影響。
下文將為大家介紹上述兩種測試方法以及使用的測試儀器新的動力。
一、ASTM D5470
薄型導(dǎo)熱固態(tài)電絕緣材料熱傳輸特性的標(biāo)準(zhǔn)測試方法
該方法采用的是通常所說的穩(wěn)態(tài)熱流法,其測試原理是將一定厚度的樣品置于上下兩個平板間廣泛關註,對樣品施加一定的熱流量和壓力促進進步,使用熱流傳感器測量通過樣品的熱流、測試樣品的厚度優勢領先、熱板/ 冷板間的溫度梯度迎來新的篇章,然后得出不同厚度下對應(yīng)的熱阻數(shù)據(jù)作直線擬合得出樣品的導(dǎo)熱系數(shù)。
這種方法的優(yōu)點(diǎn)是:
①可以 測試產(chǎn)品的熱阻與導(dǎo)熱系數(shù)推動並實現;
②特別適合模擬產(chǎn)品在實際工況下的使用狀態(tài)薄弱點。
缺點(diǎn)是:
①對產(chǎn)品的厚度有一定要求;
②接觸熱阻會影響測試結(jié)果優化程度;
③為了到達(dá)穩(wěn)態(tài)積極性,測試所需時間較長。
穩(wěn)態(tài)熱板法原理圖
傅里葉定律:
熱阻:
導(dǎo)熱系數(shù):
常用的測試設(shè)備如下:
DRL-II型導(dǎo)熱系數(shù)測試儀(圖)
DRL-III型導(dǎo)熱系數(shù)測試儀(圖)
LW-9389型界面材料熱阻及熱傳導(dǎo)系數(shù)儀(圖)
二多種場景、ISO 22007-2-2008 塑料
熱傳導(dǎo)率和熱擴(kuò)散率的測定
瞬態(tài)平面熱源法(TPS)是目前研究材料導(dǎo)熱性能的方法中最方便多元化服務體系、精確的一種,由熱線法改進(jìn)而來擴大公共數據。這種方法采用一個瞬間熱平面探頭(Hot Disk探頭)深度,我們也將其稱之為Hot Disk法。Hot Disk探頭由熱阻性材料鎳制成核心技術體系,包覆有絕緣材料(聚酰亞胺開拓創新,云母等),探頭帶自加熱功能初步建立。
這種方法的原理是綜合運用,將帶有自加熱功能的溫度探頭放置于樣品中,測試時在探頭上施加一個恒定的加熱功率的方法,使其溫度上升實事求是。鎳的熱電阻系數(shù)— 溫度和電阻的關(guān)系呈線性關(guān)系,即可通過了解電阻的變化可以知道熱量的損失落到實處,從而反映樣品的導(dǎo)熱性能服務水平。然后測量探頭本身和與探頭相隔一定距離的圓球面上的溫度隨時間上升的關(guān)系,通過數(shù)學(xué)模型擬合同時得到樣品的導(dǎo)熱系數(shù)和熱擴(kuò)散系數(shù)技術創新。
圖 包覆聚酰亞胺的Hot Disk 探頭
Hot Disk 固體樣品放置示意圖
這種方法的優(yōu)點(diǎn)是:
①能夠同時測量熱導(dǎo)率處理方法、熱擴(kuò)散率以及單位體積的熱容;
②測試范圍廣(0.005~500W/m· K)持續向好、精度高(±3%)習慣、重復(fù)性好 (±1%)、測量時間短(單次測量 3~5min)和操作簡便進展情況;
③可測試的樣品種類多(液體的積極性、粉末綠色化發展、凝膠、高分子不久前、復(fù)合材料等 )用上了;
④不受接觸熱阻的影響,其測試結(jié)果更貼近于材料本身的導(dǎo)熱系數(shù)能力建設。
缺點(diǎn)是此方法適用于測均質(zhì)材料的導(dǎo)熱系數(shù)關註,不適合用于測各向異性材料(如石墨片 )。
典型的測試設(shè)備是瑞典的Hot Disk導(dǎo)熱測試儀
圖 Hot Disk導(dǎo)熱測試儀
導(dǎo)熱系數(shù)是材料本身的參數(shù)創新內容,與形狀大小無關(guān)機遇與挑戰。目前已有大量的導(dǎo)熱測試方法,但沒有任何一種方法能適用于所有產(chǎn)品我有所應、所有場合提單產。產(chǎn)品品特性、測試標(biāo)準(zhǔn)至關重要、測試環(huán)境等都會對導(dǎo)熱系數(shù)的結(jié)果產(chǎn)生影響。材料的導(dǎo)熱系數(shù)不能用不同測試方法得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比效果。要得到準(zhǔn)確和有參考意義的結(jié)果有所應,必須選擇合適的測試方法進(jìn)行測量。
最后附上我們整理的一些測試導(dǎo)熱系數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)方法:
一合作關系、穩(wěn)態(tài)法
GB/T 3651-2008 金屬高溫導(dǎo)熱系數(shù)測量方法
GB/T8722-2008 石墨材料中溫導(dǎo)熱系數(shù)測定方法
GB/T 10294-2008 絕熱材料穩(wěn)態(tài)熱阻及有關(guān)特性的測定——防護(hù)熱板法
GB/T10295-2008 絕熱材料穩(wěn)態(tài)熱阻及有關(guān)特性的測定——熱流計法
GB/T 10296-2008 絕熱層穩(wěn)態(tài)傳熱性質(zhì)的測定——圓管法
GB/T 17357-2008 設(shè)備及管道絕熱層表面熱損失現(xiàn)場測定——熱流計法
YBT4130-2005 耐火材料導(dǎo)熱系數(shù)試驗方法 水流量平板法
ASTM C177-10 用護(hù)熱板法儀器測定穩(wěn)態(tài)熱流和傳熱性能的標(biāo)準(zhǔn)測試方法
ASTMC182-1998 隔熱耐火磚導(dǎo)熱系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)測試方法
ASTM C201-1998 耐火材料導(dǎo)熱系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)測試方法
ASTM C202-1998 耐火磚導(dǎo)熱系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)測試方法
ASTM C335-05a 臥式隔熱管穩(wěn)態(tài)傳熱特性標(biāo)準(zhǔn)測試方法
ASTM C518-04 用熱流計裝置的穩(wěn)態(tài)熱傳輸性能標(biāo)準(zhǔn)測試方法
ASTM C680-08 采用計算機(jī)程序估算板狀著力提升、柱狀和球狀系統(tǒng)表面溫度和熱量增減的標(biāo)準(zhǔn)操作規(guī)范
ASTM C687-07 酥松填充式建筑隔熱材料熱阻測量的標(biāo)準(zhǔn)操作規(guī)范
ASTM C1043-06 防護(hù)熱板法設(shè)計中采用環(huán)形線加熱源標(biāo)準(zhǔn)操作規(guī)范
ASTM C1044-07 在單試樣模式中采用保護(hù)熱板裝置或薄加熱器裝置的標(biāo)準(zhǔn)操作規(guī)范
ASTM C1113-2004 熱線法(鉑電阻溫度計技術(shù))耐火材料導(dǎo)熱系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)測試方法
ASTM C1114-06 用薄加熱器裝置的穩(wěn)態(tài)熱傳輸性能標(biāo)準(zhǔn)測試方法
ASTM D5470-2012 薄型導(dǎo)熱固態(tài)電絕緣材料熱傳輸特性的標(biāo)準(zhǔn)測試方法
ASTM D6744-01 采用保護(hù)熱流計技術(shù)測定陽極碳熱導(dǎo)率標(biāo)準(zhǔn)試驗方法
ASTM E1225-04 采用保護(hù)比較式縱向熱流技術(shù)測定固體熱導(dǎo)率標(biāo)準(zhǔn)試驗方法
ASTM E1530-06 采用防護(hù)熱流計技術(shù)評價材料熱阻的標(biāo)準(zhǔn)測試方法
ASTM F433-02 墊片類材料熱導(dǎo)率評價標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程
二、瞬態(tài)法
GJB 1201.1-1991 固體材料高溫?zé)釘U(kuò)散率試驗方法 激光脈沖法
GB/T 5990-2006 耐火材料 導(dǎo)熱系數(shù)試驗方法 熱線法
GBT 10297-1998非金屬固體材料導(dǎo)熱系數(shù)測定方法
GBT 22588-2008 閃光法測量熱擴(kuò)散系數(shù)或?qū)嵯禂?shù)
ASTM C714-05 熱脈沖法測量碳和石墨熱擴(kuò)散率標(biāo)準(zhǔn)試驗方法
ASTM C5334-00 熱探針法確定土壤和軟巖石導(dǎo)熱系數(shù)的的標(biāo)準(zhǔn)測試方法
ASTM D5930-01 采用瞬態(tài)線熱源技術(shù)確定塑料導(dǎo)熱系數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)測試方法
ISO 13826-2013 金屬及其他無機(jī)涂層-通過激光脈沖法測定熱噴涂陶瓷涂層的熱擴(kuò)散率
ISO-DIS 18555 2014 金屬和其它無機(jī)涂層——熱障涂層熱導(dǎo)率的測定
ISO-FDIS 18755-2004 精制陶瓷(先進(jìn)陶瓷傳遞、先進(jìn)技術(shù)陶瓷)——采用激光閃光法測定陶瓷片熱擴(kuò)散率
ISO 22007-2-2008 塑料.熱傳導(dǎo)率和熱擴(kuò)散率的測定.第2部分 瞬態(tài)平面熱源法
三融合、準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)法
ASTM E2584-07 用熱容量熱計(插片式)測量材料熱導(dǎo)率標(biāo)準(zhǔn)實施規(guī)程