新能源汽車行業(yè),導(dǎo)熱材料應(yīng)用比較普遍。導(dǎo)熱系數(shù)是表征導(dǎo)熱材料性能,優(yōu)劣重要的參數(shù)之一,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,1m厚的材料,兩側(cè)表面的溫差為1度(K,℃),在1秒內(nèi)(1s),通過1平方米面積傳遞的熱量,單位為瓦/米·度(W/(m·K),此處為K可用℃代替)。
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)、填料含量等有密切聯(lián)系。在科學(xué)實(shí)驗(yàn)和工程設(shè)計(jì)中,所
用材料的導(dǎo)熱系數(shù)都需要用實(shí)驗(yàn)的方法精確測定。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,它們有不同的適用領(lǐng)域、測量范圍、精度、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(huì)有較大的差別,因此選擇合適的測試方法是首要的。
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。在導(dǎo)熱硅膠行業(yè)中,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)。
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。
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(gè)平板間,對樣品施加一定的熱流量和
壓力,使用熱流傳感器測量通過樣品的熱流、測試樣品的厚度、熱板/冷板間的溫度梯度,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);
②特別適合模擬產(chǎn)品在實(shí)際工況下的使用狀態(tài)。缺點(diǎn)是對產(chǎn)品的厚度有一定要求;
③接觸熱阻會(huì)影響測試結(jié)果;
④為了到達(dá)穩(wěn)態(tài),測試所需時(shí)間較長。
二、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、精確的一種,由熱線法改進(jìn)而來。這種方法采用一個(gè)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,云母等),探頭帶自加熱功能。這種方法的原理是,將帶有自加熱功能的溫度探頭放置于樣品中,測試時(shí)在探頭上施加一個(gè)恒定的加熱功率,使其溫度上升。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,從而反映樣品的導(dǎo)熱性能。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(shí)間上
升的關(guān)系,通過數(shù)學(xué)模型擬合同時(shí)得到樣品的導(dǎo)熱系數(shù)和熱擴(kuò)散系數(shù)。
這種方法的優(yōu)點(diǎn)是:
①能夠同時(shí)測量熱導(dǎo)率、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)、精度高(±3%)、重復(fù)性好(±1%)、測量時(shí)間短(單次測量3~5min)和操作簡便;
③可測試的樣品種類多(液體、粉末、凝膠、高分子、復(fù)合材料等);
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)。
缺點(diǎn)是此方法適用于測均質(zhì)材料的導(dǎo)熱系數(shù),不適合用于測各向異性材料(如石墨片)。
導(dǎo)熱系數(shù)是材料本身的參數(shù),與形狀大小無關(guān)。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、所有場合。產(chǎn)品品特性、測試標(biāo)準(zhǔn)、測試環(huán)境等都會(huì)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。要得到準(zhǔn)確和有參考意義的結(jié)果,必須選擇合適的測試方法進(jìn)行測量。