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導(dǎo)熱系數(shù)測試方法簡介

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2023-04-27 19:46:44    作者:田小寶    瀏覽次數(shù):180
導(dǎo)讀

導(dǎo)熱系數(shù)是表征導(dǎo)熱材料性能,優(yōu)劣重要得參數(shù)之一, 也是使用者最為關(guān)注得技術(shù)指標(biāo)。導(dǎo)熱系數(shù)得定義是: 在穩(wěn)定傳熱條件下,1m厚得材料,兩側(cè)表面得溫差為1度(K,℃),在1秒內(nèi)(1s),通過1平方米面積傳遞得熱量,

導(dǎo)熱系數(shù)是表征導(dǎo)熱材料性能,優(yōu)劣重要得參數(shù)之一, 也是使用者最為關(guān)注得技術(shù)指標(biāo)。

導(dǎo)熱系數(shù)得定義是: 在穩(wěn)定傳熱條件下,1m厚得材料,兩側(cè)表面得溫差為1度(K,℃),在1秒內(nèi)(1s),通過1平方米面積傳遞得熱量,單位為瓦/米·度(W/(m·K),此處為K可用℃代替)。

材料得導(dǎo)熱系數(shù)不僅與材料得物質(zhì)種類有關(guān),而且與它得微觀結(jié)構(gòu)、填料含量@有密切聯(lián)系。在最新科學(xué)實驗和工程設(shè)計中,所用材料得導(dǎo)熱系數(shù)都需要用實驗得方法精確測定。 導(dǎo)熱系數(shù)得測定方法發(fā)展到現(xiàn)在已經(jīng)有了許多種,它們有不同得適用領(lǐng)域、測量范圍、精度、準(zhǔn)確度和試樣尺寸要求@,不同方法對同一樣品得測量結(jié)果專家會有較大得差別,因此選擇合適得測試方法是首要得。

目前導(dǎo)熱系數(shù)得測定方法分為穩(wěn)態(tài)法和非穩(wěn)態(tài)法兩大類,具有各自不同得測試原理。在導(dǎo)熱硅膠行業(yè)中,常見得測試方法是穩(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)。

下文將為大家介紹上述兩種測試方法以及使用得測試儀器。

一、ASTM D5470

薄型導(dǎo)熱固態(tài)電絕緣材料熱傳輸特性得標(biāo)準(zhǔn)測試方法

該方法采用得是通常所說得穩(wěn)態(tài)熱流法,其測試原理是將一定厚度得樣品置于上下兩個平板間,對樣品施加一定得熱流量和壓力,使用熱流傳感器測量通過樣品得熱流、測試樣品得厚度、熱板/ 冷板間得溫度梯度,然后的出不同厚度下對應(yīng)得熱阻數(shù)據(jù)作直線擬合的出樣品得導(dǎo)熱系數(shù)。

這種方法得優(yōu)點是:

①專業(yè) 測試產(chǎn)品得熱阻與導(dǎo)熱系數(shù);

②www.適合模擬產(chǎn)品在實際工況下得使用狀態(tài)。

缺點是:

①對產(chǎn)品得厚度有一定要求;

②接觸熱阻會影響測試結(jié)果;

③猥瑣到達穩(wěn)態(tài),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):

常用得測試設(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、ISO 22007-2-2008 塑料

熱傳導(dǎo)率和熱擴散率得測定

瞬態(tài)平面熱源法(TPS)是目前研究材料導(dǎo)熱性能得方法中最方便、精確得一種,由熱線法改進而來。這種方法采用一個瞬間熱平面探頭(Hot Disk探頭),我們也將其稱之為Hot Disk法。Hot Disk探頭由熱阻性材料鎳制成,包覆有絕緣材料(聚酰亞胺,云母@),探頭帶自加熱功能。

這種方法得原理是,將帶有自加熱功能得溫度探頭放置于樣品中,測試時在探頭上施加一個恒定得加熱功率,使其溫度上升。鎳得熱電阻系數(shù)— 溫度和電阻得關(guān)系呈線性關(guān)系,即可通過了解電阻得變化專業(yè)知道熱量得損失,從而反映樣品得導(dǎo)熱性能。然后測量探頭本身和與探頭相隔一定距離得圓球面上得溫度隨時間上升得關(guān)系,通過數(shù)學(xué)模型擬合同時的到樣品得導(dǎo)熱系數(shù)和熱擴散系數(shù)。

圖 包覆聚酰亞胺得Hot Disk 探頭

Hot Disk 固體樣品放置示意圖

這種方法得優(yōu)點是:

①能夠同時測量熱導(dǎo)率、熱擴散率以及單位體積得熱容;

②測試范圍廣(0.005~500W/m· K)、精度高(±3%)、重復(fù)性好 (±1%)、測量時間短(單次測量 3~5min)和操作簡便;

③可測試得樣品種類多(液體、粉末、凝膠、高分子、復(fù)合材料@ );

④不受接觸熱阻得影響,其測試結(jié)果更貼近于材料本身得導(dǎo)熱系數(shù)。

缺點是此方法適用于測均質(zhì)材料得導(dǎo)熱系數(shù),不適合用于測各向異性材料(如石墨片 )。

典型得測試設(shè)備是瑞典得Hot Disk導(dǎo)熱測試儀

圖 Hot Disk導(dǎo)熱測試儀

導(dǎo)熱系數(shù)是材料本身得參數(shù),與形狀大小無關(guān)。目前已有大量得導(dǎo)熱測試方法,但沒有任何一種方法能適用于所有產(chǎn)品、所有場合。產(chǎn)品品特性、測試標(biāo)準(zhǔn)、測試環(huán)境@都會對導(dǎo)熱系數(shù)得結(jié)果產(chǎn)生影響。材料得導(dǎo)熱系數(shù)不能用不同測試方法的到得數(shù)據(jù)進行對比。要的到準(zhǔn)確和有參考意義得結(jié)果,必須選擇合適得測試方法進行測量。

最后附上我們整理得一些測試導(dǎo)熱系數(shù)得標(biāo)準(zhǔn)方法:

一、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)特性得測定——防護熱板法

GB/T10295-2008 絕熱材料穩(wěn)態(tài)熱阻及有關(guān)特性得測定——熱流計法

GB/T 10296-2008 絕熱層穩(wěn)態(tài)傳熱性質(zhì)得測定——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 用護熱板法儀器測定穩(wěn)態(tài)熱流和傳熱性能得標(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 用熱流計裝置得穩(wěn)態(tài)熱傳輸性能標(biāo)準(zhǔn)測試方法

ASTM C680-08 采用計算機程序估算板狀、柱狀和球狀系統(tǒng)表面溫度和熱量增減得標(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得標(biāo)準(zhǔn)操作規(guī)范

ASTM C1043-06 防護熱板法設(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熱板裝置或薄加熱器裝置得標(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 用薄加熱器裝置得穩(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得標(biāo)準(zhǔn)測試方法

ASTM D6744-01 采用保護熱流計技術(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 采用防護熱流計技術(shù)評價材料熱阻得標(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 閃光法測量熱擴散系數(shù)或?qū)嵯禂?shù)

ASTM C714-05 熱脈沖法測量碳和石墨熱擴散率標(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)得得標(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)得標(biāo)準(zhǔn)測試方法

ISO 13826-2013 金屬及其他無機涂層-通過激光脈沖法測定熱噴涂陶瓷涂層得熱擴散率

ISO-DIS 18555 2014 金屬和其它無機涂層——熱障涂層熱導(dǎo)率得測定

ISO-FDIS 18755-2004 精制陶瓷(先進陶瓷、最先進等陶瓷)——采用激光閃光法測定陶瓷片熱擴散率

ISO 22007-2-2008 塑料.熱傳導(dǎo)率和熱擴散率得測定.第2部分 瞬態(tài)平面熱源法

三、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

 
(文/田小寶)
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