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。 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,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,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Zui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 -3 | 8.0 x 10 -7 | 1.677 | 0.86 | 1.14 |
03 | 24.8 | 9.930 x 10 -3 | 6.5 x 10 -7 | 1.643 | 0.84 | 0.90 |
04 | 24.8 | 9.820 x 10 -3 | 7.0 x 10 -7 | 1.660 | 0.89 | 1.02 |
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