Introduction aux méthodes d'essai de conductivité thermique

Industrie automobile de l'énergie nouvelle, l'application de matériaux conducteurs de chaleur est relativement courante. La conductivité thermique est l'un des paramètres les plus importants pour caractériser les propriétés des matériaux conducteurs de chaleur, ainsi que l'indicateur technique le plus préoccupant pour les utilisateurs.

La conductivité thermique est définie comme: un matériau de 1 m d'épaisseur avec une différence de température de 1 degré (K, ℃) sur les surfaces des deux côtés dans des conditions de transfert de chaleur stable, la chaleur transférée en watts par mètre · degré (W / (M · K), ici K peut être remplacé par ℃ en 1 seconde (1 s).

La conductivité thermique d'un matériau n'est pas seulement liée à l'espèce matérielle du matériau, mais aussi à sa microstructure, à sa teneur en charges, etc. Tant dans les expériences scientifiques que dans la conception technique, la conductivité thermique des matériaux utilisés doit être déterminée avec précision par des méthodes expérimentales. La méthode de détermination de la conductivité thermique s'est développée jusqu'à présent, il existe de nombreux types, ils ont différents domaines d'application, plage de mesure, précision, précision et exigences de taille d'échantillon, etc., différentes méthodes pour le même échantillon peuvent varier considérablement, de sorte que le choix de la méthode d'essai appropriée est la priorité absolue.

Les méthodes actuelles de détermination de la conductivité thermique sont divisées en deux grandes catégories de méthodes stables et non stables, avec leurs principes d'essai respectifs différents. Dans l'industrie des silicones conducteurs de chaleur, les méthodes d'essai courantes sont la méthode de la plaque chauffante à l'état stable (norme de référence: ASTM d5470), la méthode de la source de chaleur plane transitoire (norme de référence: ISO 22007 - 2).

Les deux méthodes d'essai ci - dessus et les instruments d'essai utilisés sont présentés ci - dessous.

I. ASTM d5470

Méthode d'essai standard pour les caractéristiques de transport thermique des matériaux isolants électriques solides à conduction thermique mince

La méthode utilise ce que l'on appelle généralement la méthode du flux de chaleur à l'état stable, dont le principe de test est de placer un échantillon d'une certaine épaisseur entre deux plaques planes supérieure et inférieure, d'appliquer un certain débit de chaleur et une certaine pression à l'échantillon, de mesurer le flux de chaleur à travers l'échantillon, l'épaisseur de l'échantillon testé, le gradient de température entre les plaques chaudes et froides à l'aide d'un capteur de flux de chaleur, puis de déduire les données de résistance thermique correspondantes à différentes épaisseurs pour un ajustement en ligne droite pour obtenir la conductivité thermique de l

Les avantages de cette méthode sont:

① Peut tester la résistance thermique et la conductivité thermique du produit;

② Particulièrement adapté pour simuler l'état d'utilisation d'un produit dans des conditions de travail réelles.

Les inconvénients sont:

① Avoir certaines exigences sur l'épaisseur du produit;

② La résistance thermique de contact affecte les résultats des tests;

③ Pour atteindre l'état stable, le test prend plus de temps.

Schéma de principe de la méthode de plaque thermique à l'état stable

La loi de Fourier:

Résistance thermique:

Conductivité thermique:

Les équipements de test couramment utilisés sont les suivants:

Testeur de conductivité thermique type drl - II (fig.)

Testeur de conductivité thermique type drl - III (fig.)

LW - 9389 matériau d'interface résistance thermique et coefficient de conduction thermique (figure)

II. ISO 22007 - 2 - 2008 plastiques

Détermination de la conductivité thermique et de la Diffusivité thermique

La méthode de la source de chaleur plane transitoire (TPS) est la méthode la plus pratique et la plus précise actuellement utilisée pour étudier les propriétés de conductivité thermique des matériaux, améliorée par la méthode de la hotline. Cette méthode utilise une sonde de plan chaud instantané (Hot disk Probe), que nous appelons également la méthode Hot Disk. La sonde Hot Disk est en nickel, matériau thermorésistant, revêtu d'un matériau isolant (Polyimide, mica, etc.), la sonde est dotée d'une fonction d'auto - chauffage.

Le principe de cette méthode est de placer une sonde de température avec une fonction d'auto - échauffement dans l'échantillon et d'appliquer une puissance de chauffage constante sur la sonde au moment de l'essai, ce qui fait monter sa température. Le coefficient de thermorésistance du nickel - la relation entre la température et la résistance - est linéaire, c'est - à - dire que la perte de chaleur peut être connue en comprenant le changement de résistance, reflétant ainsi la conductivité thermique de l'échantillon. On mesure ensuite la température sur la sonde elle - même et sur la surface sphérique distante de la sonde en fonction du temps, ce qui donne la conductivité thermique et le coefficient de diffusion thermique de l'échantillon lorsqu'il est destiné à être contracté par un modèle mathématique.

Sonde Hot disk pour Polyimide gainé

Schéma de placement d'échantillons solides Hot disk

Les avantages de cette méthode sont:

① Capable de mesurer simultanément la conductivité thermique, la Diffusivité thermique ainsi que la capacité calorifique par unité de volume;

② Large plage d'essai (0005 ~ 500W / M · K), haute précision (± 3%), bonne répétabilité (± 1%), temps de mesure Court (mesure unique 3 ~ 5min) et opération facile;

③ La grande variété d’échantillons pouvant être testés (liquides, poudres, gels, macromolécules, composites, etc.);

④ Non affecté par la résistance thermique du contact, ses résultats de test sont plus proches de la conductivité thermique du matériau lui - même.

L'inconvénient est que cette méthode est adaptée à la mesure de la conductivité thermique de matériaux homogènes et ne convient pas à la mesure de matériaux anisotropes tels que des feuilles de graphite.

L'équipement de test typique est le testeur de conductivité thermique Hot disk en Suède

Testeur de conductivité thermique Hot disk

La conductivité thermique est un paramètre du matériau lui - même, indépendamment de la taille de la forme. Il existe actuellement un grand nombre de méthodes de test de conductivité thermique, mais aucune ne peut être adaptée à tous les produits, à toutes les occasions. Les caractéristiques du produit, les critères d'essai, l'environnement d'essai, etc. ont tous un impact sur les résultats de la conductivité thermique. La conductivité thermique des matériaux ne peut pas être comparée avec les données obtenues par différentes méthodes d'essai. Pour obtenir des résultats précis et pertinents, il est essentiel de choisir une méthode d'essai appropriée pour la mesure.

Enfin, voici quelques - unes des méthodes standard que nous avons rassemblées pour tester la conductivité thermique:

I. méthode stable

GB / t 3651 - 2008 méthode de mesure de conductivité thermique à haute température en métal

GB / t8722 - 2008 méthode de détermination de la conductivité thermique de la température dans le matériau graphite

GB / t 10294 - 2008 détermination de la résistance thermique à l'état stable et des caractéristiques connexes des matériaux isolants thermiques - méthode de la plaque de protection thermique

GB / t10295 - 2008 détermination de la résistance thermique à l'état stable et des caractéristiques connexes des matériaux isolants thermiques - méthode du fluxmètre thermique

GB / t 10296 - 2008 détermination des propriétés de transfert de chaleur à l'état d'équilibre de l'isolant thermique - méthode du tube rond

GB / t 17357 - 2008 Équipement et tuyauterie isolation thermique perte de chaleur superficielle détermination sur le terrain - méthode de fluxmètre thermique

Ybt4130 - 2005 méthode d'essai de conductivité thermique des matériaux réfractaires méthode à plat à débit d'eau

ASTM c177 - 10 méthode d'essai standard pour la détermination du flux de chaleur et des propriétés de transfert de chaleur à l'état stable avec l'instrument de la méthode du bouclier thermique

Astmc182 - 1998 méthode d'essai standard de conductivité thermique des briques réfractaires isolées

ASTM c201 - 1998 méthode d'essai standard pour la conductivité thermique des matériaux réfractaires

Astmc202 - 1998 méthode d'essai standard pour la conductivité thermique des briques réfractaires

ASTM c335 - 05a méthode d'essai standard pour les caractéristiques de transfert de chaleur à l'état stable du tube isolant horizontal

Astmc518 - 04 méthode d'essai standard de performance de transfert de chaleur à l'état stationnaire pour appareils de mesure de flux de chaleur

Astmc680 - 08 spécifications d'exploitation normalisées pour l'estimation de la température de surface et de l'augmentation et de la diminution de la chaleur dans les systèmes à plaques, à colonnes et à billes à l'aide de programmes informatiques

ASTM c687 - 07 spécifications de fonctionnement standard pour la mesure de la résistance thermique des matériaux d'isolation thermique des bâtiments remplis de ghesong

ASTM c1043 - 06 spécifications d'utilisation standard pour les sources de chauffage à fil annulaire dans la conception de la méthode de plaque de protection thermique

ASTM c1044 - 07 spécifications d'utilisation normalisées pour l'utilisation d'un dispositif de protection à plaques chauffantes ou d'un dispositif de chauffage mince en mode d'échantillon unique

ASTM c1113 - 2004 méthode Hotline (technologie de thermomètre à résistance de platine) Méthode d'essai standard de conductivité thermique des matériaux réfractaires

Astmc1144 - 06 méthode d'essai standard de performance de transfert de chaleur à l'état stable pour appareils de chauffage minces

ASTM d5470 - 2012 méthode d'essai standard pour les caractéristiques de transport thermique des matériaux isolants électriques solides à conduction thermique mince

Astmd6744 - 01 méthode d'essai standard pour la détermination de la conductivité thermique du carbone anodique à l'aide de la technologie de thermomètre de protection

ASTM e1225 - 04 méthode d'essai standard pour la détermination de la conductivité thermique des solides par la technologie de flux thermique longitudinal comparatif de protection

ASTM e1530 - 06 méthode d'essai standard pour l'évaluation de la résistance thermique des matériaux à l'aide de la technologie du thermomètre de protection

Norme ASTM f433 - 02 pour l'évaluation de la conductivité thermique des matériaux de la catégorie des joints

II. Méthode transitoire

Gjb1201.1-1991 méthode d'essai de Diffusivité thermique à haute température pour matériaux solides méthode d'impulsion laser

GB / t5990 - 2006 méthode d'essai de conductivité thermique des matériaux réfractaires Hotline

GBT 10297 - 1998 méthode de détermination de la conductivité thermique des matériaux solides non métalliques

Gbt22588 - 2008 mesure du coefficient de diffusion thermique ou de la conductivité thermique par flash

Astmc714 - 05 méthode d'essai standard pour la mesure de la Diffusivité thermique du carbone et du graphite par impulsions thermiques

Astmc5334 - 00 méthode d'essai normalisée pour la détermination de la conductivité thermique des sols et des roches molles par sonde thermique

ASTM d5930 - 01 méthode d'essai standard pour déterminer la conductivité thermique des plastiques à l'aide de la technologie des sources de chaleur filaires transitoires

ISO 13826 - 2013 revêtements métalliques et autres revêtements inorganiques - - détermination de la Diffusivité thermique des revêtements céramiques par projection thermique par la méthode de l'impulsion laser

ISO - Dis 18555 2014 revêtements métalliques et autres revêtements inorganiques - - détermination de la conductivité thermique des revêtements de barrière thermique

ISO - fdis18755 - 2004 céramiques raffinées (céramiques avancées, céramiques de technologie avancée) - - détermination de la Diffusivité thermique des feuilles de céramique par flash laser

ISO 22007 - 2: 2008 plastiques - - détermination de la conductivité thermique et de la Diffusivité thermique - - partie 2 - - méthode des sources de chaleur planes transitoires

Iii. Méthode quasi - stable

Astme2584 - 07 Code de pratique standard pour la mesure de la conductivité thermique des matériaux avec un thermomètre thermocapacitif (plug - in)