열전도 계수 측정 방법 소개

신에너지자동차업종은 열전도재료의 응용이 비교적 보편적이다.열전도계수는 열전도재료의 성능을 표징하는데 우열이 중요한 매개 변수의 하나이며 사용자가 가장 주목하는 기술지표이기도 하다.

열전도계수의 정의는 안정적인 전열조건에서 1m 두께의 재료는 량측 표면의 온도차가 1도(K, ℃), 1초내(1s)에 1평방메터의 면적을 통해 전달되는 열량으로서 단위가 와트/메터·도(W/(m·K)인데 이곳은 K가용℃로 대체할수 있다.

재료의 열전도계수는 재료의 물질종류와 관련될뿐만아니라 그것의 미시적구조, 충전재함량 등과 밀접한 련계가 있다.과학실험과 공정설계에서 사용하는 재료의 열전도계수는 모두 실험의 방법으로 정확하게 측정해야 한다.열전도계수의 측정방법은 지금까지 이미 여러가지로 발전하였는데 그들은 부동한 적용분야, 측정범위, 정밀도, 정확도와 시료치수요구 등이 있으며 부동한 방법은 같은 견본의 측정결과에 비교적 큰 차이가 있을수 있기에 적합한 측정방법을 선택하는것이 가장 중요하다.

현재 열전도계수의 측정방법은 안정법과 비안정법 두 종류로 나뉘는데 각기 다른 시험원리를 갖고있다.열전도 실리콘 업계에서 흔히 볼 수 있는 테스트 방법은 안정적 열판법(참조표준: ASTM D5470), 순간적 평면 열원법(참조표준: ISO 22007-2)이다.

다음은 상술한 두 가지 테스트 방법과 사용된 테스트 기기를 소개하겠습니다.

ASTM D5470

얇은 열전도 고체 전기 절연 재료 열 전송 특성의 표준 테스트 방법

이 방법은 일반적으로 말하는 안정적인 열흐름법을 사용하는데, 그 테스트 원리는 일정한 두께의 샘플을 상하 두 평판 사이에 놓고 샘플에 일정한 열흐름과 압력을 가하며, 열흐름 센서를 사용하여 샘플의 열흐름, 테스트 샘플의 두께, 열판/냉판 사이의 온도 경도를 측정한 후 서로 다른 두께에서 대응하는 열저항 데이터를 직선으로 측정하여 샘플의 열전도 계수를 입안한다.

이 방법의 장점은 다음과 같습니다.

①제품의 열저항과 열전도 계수를 테스트할 수 있습니다.

②실제 작업 상황에서 제품의 사용 상태를 시뮬레이션하는 데 특히 적합합니다.

단점:

①제품의 두께에 대해 일정한 요구가 있다.

②접촉 열 저항은 테스트 결과에 영향을 줄 수 있습니다.

③안정 상태에 도달하기 위해 테스트에 소요되는 시간이 비교적 길다.

안정 상태 열판법 원리도

푸리엽의 법칙:

열 저항:

열전도 계수:

일반적으로 사용되는 테스트 장치는 다음과 같습니다.

DRL-II형 열전도 계수 측정기 (그림)

DRL-III 형 열전도 계수 측정기 (그림)

LW-9389형 인터페이스 재료 열저항 및 열전도 계수기 (그림)

2. ISO 22007-2-2008 플라스틱

열전도율과 열확산율의 측정

순식간 평면 열원법 (TPS) 은 현재 재료의 열전도 성능을 연구하는 방법 중 가장 편리하고 정확한 것으로 열선법이 개선되었다.이 방법은 순간 열평면 프로브(Hot Disk 프로브)를 사용하는데, 우리는 이를 Hot Disk 법이라고도 부른다.핫디스크 프로브는 열저항성 소재인 니켈로 만들어졌으며 절연재료(폴리이미드, 운모 등)를 포함하고 프로브는 자가가열 기능을 띠고 있다.

이 방법은 자가가열 기능이 있는 온도 프로브를 시료에 배치하고, 테스트 시 프로브에 일정한 가열 전력을 가하여 온도를 상승시키는 원리이다.니켈의 열저항계수 - 온도와 저항의 관계가 선형적인 관계를 가지므로 저항의 변화를 이해하면 열의 손실을 알 수 있어 샘플의 열전도 성능을 반영할 수 있다.그리고 프로브 자체와 프로브와 일정한 거리를 둔 원구면의 온도가 시간에 따라 상승하는 관계를 측정하여 수학모형을 통해 계약을 체결할 때 견본의 열전도계수와 열확산계수를 얻는다.

그림 포복 폴리아미드의 Hot Disk 프로브

Hot Disk 고체 시료 배치 설명도

이 방법의 장점은 다음과 같습니다.

①열전도율, 열확산율 및 단위 부피의 열용량을 동시에 측정할 수 있다;

②넓은 테스트 범위(0.005~500W/m·K), 높은 정밀도(±3%), 반복성(±1%), 짧은 측정시간(한 번에 3~5min 측정)과 간편한 조작이 가능합니다.

③테스트할 수 있는 샘플의 종류가 많다(액체, 분말, 겔, 고분자, 복합재료 등).

④접촉열저항의 영향을 받지 않고 그 시험결과는 재료 자체의 열전도계수에 더욱 가깝다.

단점은 이 방법이 균질 재료의 열전도 계수를 측정하는 데 적용되며, 흑연 조각과 같은 각 방향의 이성 재료를 측정하는 데 적합하지 않다는 것이다.

전형적인 테스트 장비는 스웨덴의 Hot Disk 열전도 측정기입니다.

그림 Hot Disk 열전도 측정기

열전도 계수는 형태 크기와 관계없이 재료 자체의 매개변수입니다.현재 이미 대량의 열전도 테스트 방법이 있지만, 어떤 방법도 모든 제품, 모든 장소에 적용할 수 없다.제품 특성, 테스트 기준, 테스트 환경 등은 열전도 계수의 결과에 영향을 미친다.재료의 열전도 계수는 서로 다른 테스트 방법으로 얻은 데이터로 비교할 수 없다.정확하고 참고적인 결과를 얻으려면 반드시 적합한 테스트 방법을 선택하여 측정해야 한다.

마지막으로 우리가 정리한 열전도계수를 시험하는 일부 표준방법을 첨부한다.

1. 안정법

GB/T 3651-2008 금속 고온 열전도 계수 측정 방법

GB/T8722-2008 흑연 재료 중온 열전도 계수 측정 방법

GB/T 10294-2008 단열재 안정적 열저항 및 관련 특성의 측정-방호열판법

GB/T10295-2008 단열재 안정적 열저항 및 특성에 관한 측정-열류계법

GB/T 10296-2008 단열층의 안정적인 전열 성질의 측정-원관법

GB/T 17357-2008 설비 및 파이프 단열층 표면 열손실 현장 측정-열류계법

YBT4130-2005 내화재료 열전도계수 시험방법 물흐름 평판법

ASTM C177-10 호열판법 기기로 안정적인 열흐름과 전열 성능을 측정하는 표준 테스트 방법

ASTMC182-1998 단열 내화 벽돌 열전도 계수 표준 테스트 방법

ASTM C201-1998 내화재 열전도 계수 표준 테스트 방법

ASTMC202-1998 내화 벽돌 열전도 계수 표준 테스트 방법

ASTM C335-05a 수평식 단열관 안정적 전열 특성 표준 테스트 방법

ASTMC518-04용 열 흐름계 장치의 안정적인 열 전송 성능 표준 테스트 방법

ASTMC680-08은 컴퓨터 프로그램이 판형, 기둥형 및 구형 시스템의 표면 온도와 열 증감을 추산하는 표준 조작 규범을 채택한다

ASTM C687-07 부슬부슬 충전식 건축 단열재 열저항 측정의 표준 조작 규범

ASTM C1043-06 방호열판법 설계에서 고리선 가열원 표준 조작규범을 채택하다

ASTM C1044-07은 단일 샘플 모드에서 열판 또는 얇은 히터 장치를 보호하는 표준 작동 사양을 사용합니다.

ASTM C1113-2004 열선법(백금 저항온도계 기술) 내화재료 열전도계수 표준 시험방법

ASTMC1114-06용 얇은 히터 장치의 안정적인 열 전송 성능 표준 테스트 방법

ASTM D5470-2012 슬림형 열전도성 고체전기 절연재 열전송 특성에 대한 표준 시험방법

ASTMD6744-01 보호 열흐름계 기술로 양극 탄소 열전도율 측정 표준 시험방법

ASTM E1225-04 보호 비교식 수직 열류 기술로 고체 열전도율 측정 표준 시험 방법

ASTM E1530-06 보호 열흐름계 기술로 재료 열저항을 평가하는 표준 테스트 방법

ASTM F433-02 패드류 재료 열전도율 평가 표준 규정

2. 순식간법

GJB1201.1-1991 고체 재료 고온 열 확산율 시험 방법 레이저 펄스법

GB/T5990-2006 내화재료 열전도계수 시험방법 열선법

GBT 10297-1998 비금속 고체 재료 열전도 계수 측정 방법

GBT22588-2008 섬광법은 열확산계수 또는 열전도계수를 측정한다

ASTMC714-05 열 펄스법 측정 탄소 및 흑연 열 확산율 표준 시험방법

ASTMC5334-00 열탐침법으로 토양과 연암석의 열전도계수를 확정하는 표준시험방법

ASTM D5930-01 순간선 열원 기술로 플라스틱 열전도 계수를 결정하는 표준 테스트 방법

ISO 13826-2013 금속 및 기타 무기 코팅 - 레이저 펄스법으로 열 스프레이 세라믹 코팅의 열 확산률 측정

ISO-DIS 18555 2014 금속 및 기타 무기 코팅 - 열장벽 코팅 열전도율 측정

ISO-FDIS18755-2004 정제 세라믹(선진 세라믹, 선진 기술 세라믹) - 레이저 섬광법으로 세라믹 조각의 열 확산률을 측정한다

ISO 22007-2-2008 플라스틱. 열전도율과 열확산율의 측정. 제2부 순간적 평면열원법

3. 준안정태법

ASTME2584-07용 열용량 열계(플러그인) 측정 재료 열전도율 표준 구현 규정