【分享】 材料导热系数检测及案例

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更新时间
2024-05-05 08:00

详细介绍


一、导热系数


导热系数的定义是:在稳定传热条件下,1m厚的材料,两侧表面的温差为1度(k,℃),在1秒内,通过1平方米面积传递的热量,单位为瓦/米·度(w/(m·k),此处为k可用℃代替)。


它是表征材料热传导能力的重要物理参数。 所以,准确测定材料的热导系数至关重要。


导热系数与材料的组成结构、密度、含水率、温度等因素有关,与材料本身的大小、形状、厚度都是无关的,只与材料本身的成分有关,所以同类材料的导热系数是一样的。在科学实验和工程设计中,所用材料的导热系数都需要用实验的方法jingque测定。


导热系数的测定方法发展到现在已经有了许多种,它们有不同的适用领域、测量范围、精度、准确度和试样尺寸要求等,不同方法对同一样品的测量结果可能会有较大的差别,因此选择合适的测试方法是首要的。


二、闪光法


塑料的导热系数的测试方法和标准,并没有统一的要求和规定。


闪光法是目前世界上先进的材料热物理性能测试方法之一,通过直接测量材料的热扩散系数、比热容、密度等来计算材料的导热系数。  

  

闪光法的示意图如下图,脉冲加热样品前表面,热流一维传导到背面,通过红外探测器或接触式温度传感器探测背面的温升曲线。目前该方法可以覆盖-150℃~2800℃温区。

                                                                                                              


闪光法的理论模型要求:

1)样品表面足够平行;

2)激光只在样品表面均匀吸收;

3)尽量少热损的绝热边界条件;

4)样品均匀不透明;

5)较小的温升。


三、应用案例:

                                                                                             

1. 测试项目:导热系数


2. 样品材质:pps


3. 测试样品:1#、2#、3#、4#


4. 测试设备:

激光热导仪、差示扫描量热仪(dsc) 、电子天平


5. 测试环境:

温度:24.1℃;湿度:65%rh


6. 参考标准:

astm e1461-2013采用闪光法测定热扩散率的标准试验方法  


7.  测试条件:

(1) 热扩散系数

(a) 前处理:把样品切割成10mm*10mm的方块,其中试样2#的表面喷涂大概5um厚的石墨;

(b) 样品支架:10.0sq;

(c) 探测器的响应时间:0.2μs;

(d) 能量脉冲源:激光脉冲;

(e) 脉冲宽度:中

(f)  检测器:insb 型

(e)  测试温度:25℃

(g)  数学修正模型:capel 模型+脉冲修正

(h)  闪射数:6次


(2).比热容:

(a) 温度条件:-5℃恒温10min,以10℃/min的速率升温至55℃,55℃恒温10min;

(b) 气氛:氮气气氛,流量为50ml/min;

(c) 坩埚类型:70 μl铂金坩埚  

(d) 标准样品:蓝宝石


(3) 密度:

浸滞法:水温23℃,水的密度为0.9975g/cm


8、测试结果:



样品编号

测试结果
温度(℃)
厚度(m)
热扩散系数(㎡/s)
密度(g/cm³)
比热容[j/(g.k]
导热系数[w/(m.k]
01
24.8

1.018 x 10 -3

8.7 x 10 -7
1.695
0.83
1.23
02
24.8
1.022 x 10 -38.0 x 10 -71.677
0.86
1.14
03
24.8
9.930 x 10 -36.5 x 10 -71.643
0.84
0.90
04
24.8
9.820 x 10 -37.0 x 10 -71.660
0.89
1.02


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