Die Einführung des Prüfverfahrens für die Wärmeleitfähigkeit

In der neuen Energiefahrzeugindustrie sind wärmeleitfähige Materialien weit verbreitet. Die Wärmeleitfähigkeit ist einer der wichtigen Parameter, die die Leistung von wärmeleitenden Materialien charakterisieren, und es ist auch der technische Indikator, über den die Benutzer am meisten besorgt sind.

Die Definition der Wärmeleitfähigkeit ist: unter stabilen Wärmeübertragungsbedingungen hat ein Material mit einer Dicke von 1 Meter eine Temperaturdifferenz von 1 Grad (K, ℃) auf beiden Seiten der Oberfläche, und innerhalb einer Sekunde (1 Sekunde) wird die durch eine Fläche von 1 Quadratmeter übertragene Wärme in Watt pro Meter pro Grad ausgedrückt (W/(m · K), wo K durch ℃ ersetzt werden kann.

Die Wärmeleitfähigkeit eines Materials hängt nicht nur von seiner Materialart ab, sondern auch von seiner Mikrostruktur und seinem Füllstoffgehalt. In wissenschaftlichen Experimenten und technischen Entwürfen muss die Wärmeleitfähigkeit der verwendeten Materialien mit experimentellen Methoden genau gemessen werden. Es gibt viele Methoden zur Messung der Wärmeleitfähigkeit, die unterschiedliche Anwendungsbereiche, Messbereiche, Genauigkeits- und Probengrößenanforderungen haben. Unterschiedliche Methoden können erhebliche Unterschiede in den Messergebnissen derselben Probe aufweisen. Daher hat die Auswahl einer geeigneten Prüfmethode oberste Priorität.

Derzeit sind die Messmethoden für die Wärmeleitfähigkeit in zwei Kategorien unterteilt: stationäres und nichtstationäres Verfahren mit verschiedenen Prüfprinzipien. In der thermisch leitfähigen Silikonindustrie sind gängige Prüfmethoden das stationäre Heizplattenverfahren (Referenzstandard: ASTM D5470) und das transiente planare Wärmequellenverfahren (Referenzstandard: ISO 22007-2).

Im Folgenden werden die beiden oben genannten Prüfmethoden und die verwendeten Prüfinstrumente vorgestellt.

1,1,ASTM D5470

Standardprüfverfahren für thermische Übertragungseigenschaften von dünnen thermisch leitfähigen Festkörper-elektrischen Isoliermaterialien

Dieses Verfahren verwendet das allgemein bekannte stationäre Wärmeflussverfahren. Sein Prüfprinzip besteht darin, eine Probe einer bestimmten Dicke zwischen die oberen und unteren Platten zu platzieren, einen bestimmten Wärmefluss und Druck auf die Probe anzuwenden, einen Wärmeflusssensor zu verwenden, um den Wärmefluss der Probe, die Dicke der Prüfprobe und den Temperaturgradienten zwischen den heißen und kalten Platten zu messen. Dann werden die entsprechenden Wärmewiderstandsdaten für verschiedene Dicken für lineare Montage erhalten, um die Wärmeleitfähigkeit der Probe zu erhalten.

Die Vorteile dieser Methode sind:

① Kann den Wärmewiderstand und die Wärmeleitfähigkeit des Produkts prüfen;

② Besonders geeignet zur Simulation des Nutzungsstatus von Produkten unter realen Arbeitsbedingungen.

Die Nachteile sind:

① Es gibt bestimmte Anforderungen an die Dicke des Produkts;

② Der thermische Widerstand des Kontakts beeinflusst die Testergebnisse;

③ Um den stationären Zustand zu erreichen, dauert die Prüfung länger.

Prinzipielles Diagramm des stationären Heizplattenverfahrens

Fouriers Gesetz:

Wärmebeständigkeit:

Wärmeleitfähigkeit:

Die allgemein verwendeten Prüfmittel sind wie folgt:

DRL-II Wärmeleitfähigkeitsprüfer (Abbildung)

DRL-III Wärmeleitfähigkeitsprüfer (Abbildung)

LW-9389 Grenzflächenmaterial Wärmewiderstand und Wärmeleitfähigkeit Meter (Abbildung)

2,ISO 22007-2-2008 Kunststoffe

Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit und der Wärmediffusivität

Die transiente planare Wärmequellenmethode (TPS) ist derzeit die bequemste und genaueste Methode zur Untersuchung der Wärmeleitfähigkeit von Materialien, verbessert von der Heißdrahtmethode. Diese Methode verwendet eine Instant Hot Disk Sonde, auch bekannt als Hot Disk Methode. Die Hot Disk Sonde besteht aus thermisch resistivem Material Nickel, beschichtet mit Isoliermaterialien (Polyimid, Glimmer, etc.) und hat eine Selbsterhitzungsfunktion.

Das Prinzip dieser Methode besteht darin, einen Temperaturfühler mit Selbsterhitzungsfunktion in die Probe zu platzieren und während der Prüfung eine konstante Heizleistung auf den Sensor anzuwenden, um seine Temperatur zu erhöhen. Der Wärmewiderstandskoeffizient von Nickel weist eine lineare Beziehung zwischen Temperatur und Widerstand auf, was darauf hindeutet, dass der Wärmeverlust durch Verständnis der Widerstandsänderung bestimmt werden kann, wodurch die Wärmeleitfähigkeit der Probe reflektiert wird. Messen Sie dann die Temperaturanstiegsbeziehung zwischen der Sonde selbst und der kugelförmigen Oberfläche, die durch einen bestimmten Abstand von der Sonde im Laufe der Zeit getrennt ist, und erhalten Sie die Wärmeleitfähigkeit und den Wärmediffusionskoeffizienten der Probe durch mathematische Modellanpassung.

Abbildung Hot Disk Sonde beschichtet mit Polyimid

Schematisches Diagramm der Platzierung von festen Proben der heißen Scheibe

Die Vorteile dieser Methode sind:

① Kann gleichzeitig Wärmeleitfähigkeit, Wärmediffusivität und Wärmekapazität pro Volumeneinheit messen;

② Breiter Prüfbereich (0.005-500W/m · K), hohe Genauigkeit (± 3%) gute Wiederholbarkeit (± 1%) kurze Messzeit (3-5 Minuten für eine einzelne Messung) und einfache Bedienung;

③ Es gibt viele Arten von Proben, die getestet werden können (Flüssigkeit, Pulver, Gel, Polymer, Verbundmaterialien usw.);

④ Unbeeinflusst vom Kontaktwärmewiderstand liegen die Testergebnisse näher an der Wärmeleitfähigkeit des Materials selbst.

Der Nachteil ist, dass dieses Verfahren zur Messung der Wärmeleitfähigkeit homogener Materialien und nicht zur Messung anisotroper Materialien (wie Graphitbleche) geeignet ist.

Das typische Prüfgerät ist das Hot Disk Wärmeleitfähigkeitsprüfgerät aus Schweden

Abbildung Thermische Leitfähigkeitsprüfer der heißen Scheibe

Die Wärmeleitfähigkeit ist ein Parameter des Materials selbst, unabhängig von seiner Form und Größe. Derzeit gibt es eine große Anzahl von Wärmeleitfähigkeitsprüfmethoden, aber keine Methode kann für alle Produkte und alle Gelegenheiten anwendbar sein. Die Eigenschaften des Produkts, Prüfstandards und Prüfumgebung haben alle einen Einfluss auf die Ergebnisse der Wärmeleitfähigkeit. Die Wärmeleitfähigkeit von Materialien kann nicht mit Daten verglichen werden, die durch verschiedene Prüfmethoden gewonnen wurden. Um genaue und aussagekräftige Ergebnisse zu erhalten, ist es notwendig, geeignete Prüfmethoden für die Messung zu wählen.

Abschließend haben wir einige Standardmethoden für die Prüfung der Wärmeleitfähigkeit zusammengestellt:

1,1,Steady-State-Methode

GB/T 3651-2008 Messverfahren für die Wärmeleitfähigkeit von Metallen bei hohen Temperaturen

GB/T8722-2008 Verfahren zur Messung der Wärmeleitfähigkeit von Graphitmaterialien bei mittlerer Temperatur

GB/T 10294-2008 Bestimmung des stationären Wärmewiderstands und der damit verbundenen Eigenschaften von Dämmstoffen

GB/T10295-2008 Bestimmung des stationären Wärmewiderstands und der damit verbundenen Eigenschaften von Dämmstoffen

GB/T 10296-2008 Bestimmung der stationären Wärmeübertragungseigenschaften von Dämmschichten nach Kreisrohrverfahren

GB/T 17357-2008 Feldmessung von Oberflächenwärmeverlust von Ausrüstung und Rohrleitungsisolierung mit Wärmeflussmesser-Methode

YBT4130-2005 Prüfmethode für thermische Leitfähigkeit von feuerfesten Materialien mit Wasser Flow Plate Methode

ASTM C177-10 Standard-Prüfmethode zur Messung des Steady State Heat Flow und der Wärmeübertragungsleistung unter Verwendung eines Heat Shield Method Instruments

ASTMC182-1998 Standardprüfmethode für Wärmeleitfähigkeit von isolierten feuerfesten Ziegeln

ASTM C201-1998 Standardprüfmethode für thermische Leitfähigkeit von feuerfesten Materialien

ASTMC202-1998 Standardprüfmethode für thermische Leitfähigkeit von feuerfesten Ziegeln

Standardprüfmethode ASTM C335-05a für Wärmeübertragungsmerkmale des horizontalen isolierten Rohres

ASTMC518-04 Standard-Prüfmethode für Steady State Wärmeübertragungsleistung von Wärmeflussmessgeräten

ASTMC680-08 Standardpraxis zur Schätzung der Oberflächentemperatur und des Wärmegewinns/Verlusts von Platten-, Säulen- und Kugelsystemen unter Verwendung von Computerprogrammen

ASTM C687-07 Standardpraxis zur Messung des thermischen Widerstands von lose gefüllten Gebäudedämmmaterialien

ASTM C1043-06 Standardpraxis für die Verwendung der kreisförmigen Linie Wärmequelle im Entwurf der schützenden Heizplatte-Methode

Standardpraxis ASTM C1044-07 für die Verwendung von schützenden Heizplatten-Geräten oder dünnen Heizgeräten im Einzelprobenmodus

ASTM C1113-2004 Standardprüfverfahren für die Wärmeleitfähigkeit von feuerfesten Materialien durch die Hotwire-Methode (Platinwiderstandsthermometer-Technik)

Standardprüfmethode ASTM C1114-06 für Wärmeübertragungsleistung des Steady State von dünnen Heizgeräten

Standardprüfmethode ASTM D5470-2012 für thermische Übertragungseigenschaften von dünnen thermisch leitfähigen Festkörper-elektrischen Isoliermaterialien

ASTMD6744-01 Standardprüfverfahren zur Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit von Anodenkohle unter Verwendung einer schützenden Wärmeflussmesstechnik

ASTM E1225-04 Standardprüfmethode zur Bestimmung der festen Wärmeleitfähigkeit unter Verwendung der Schutzvergleichs-Längs-Wärmestromtechnik

ASTM E1530-06 Standardprüfmethode für die Bewertung des materiellen thermischen Widerstands unter Verwendung der schützenden Wärmeflussmesstechnik

ASTM F433-02 Standardpraxis für die Bewertung der Wärmeleitfähigkeit von Dichtungen

2,Transiente Methode

GJB1201.1-1991 Prüfmethode für thermische Diffusivität der hohen Temperatur von festen Materialien mit Laser-Puls-Methode

GB/T5990-2006 Prüfverfahren für thermische Leitfähigkeit von feuerfesten Materialien mit Hotwire-Methode

GBT 10297-1998 Verfahren zur Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit von nichtmetallischen Feststoffen

GBT22588-2008 Flash-Methode zum Messen des thermischen Diffusionskoeffizienten oder der thermischen Leitfähigkeit

ASTMC714-05 Standardprüfverfahren zur Messung der thermischen Diffusivität von Kohlenstoff und Graphit durch thermische Pulsmethode

ASTMC5334-00 Standardprüfverfahren zur Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit von Boden und weichem Gestein durch thermische Sondenmethode

ASTM D5930-01 Standardprüfverfahren zur Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit von Kunststoffen unter Verwendung der Transient Line Heat Source Technologie

ISO 13826-2013 Metallische und andere anorganische Beschichtungen Bestimmung der thermischen Diffusivität von thermisch gesprühten keramischen Beschichtungen durch Laserpulsverfahren

ISO-DIS 18555 2014 Metallische und andere anorganische Beschichtungen und Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit von thermischen Barrierebeschichtungen

ISO-FDIS18755-2004 Raffinierte Keramik (Advanced Ceramics, Advanced Technology Ceramics) Bestimmung der thermischen Diffusivität von Keramikblättern durch Laser Flash Methode

ISO 22007-2-2008 Kunststoffe greBestimmung der Wärmeleitfähigkeit und Wärmediffusivität c Teil 2: Transientes planares Wärmequellenverfahren

3,Quasi-Steady-State-Methode

ASTME2584-07 Standardpraxis zur Messung der Wärmeleitfähigkeit von Materialien unter Verwendung eines Wärmeleistungskalorimeters (Insert Type)