稳态法测量材料的导热系数

    材料结构的变化与含杂质等因素都会对导热系数产生明显的影响。由于导热性能有许多种测量方法，事先必须考虑到材料导热系数的大致范围和样品特征，以及使用温度的大致范围，以选用正确的测量方法。本文介绍了导热系数测量的基本理论与定义，热流法、保护平板法测量导热系数的原理与应用。

 

 

稳态测试方法主要适用于测量中低导热系数材料。稳态法就是当待测试样上温度分布达到稳定后，通过测量试样内的温度分布和穿过试样的热流来测出导热系数。稳态法通常要求试样质地均匀、干燥、平直、表面光滑。稳态法测导热系数的基本原理图及公式为：

                          λ=Qd/ A△T；单位:W/(m•K)

                               注意：稳态条件下；材料应为单一均质的干燥材料。

                               Q:热流稳定后，通过试样的热流量（w）；

                               d:试样厚度(m)；

                               A:试样面积(m)；

                               :温度差(℃)。

热流计法

 

热流计法是一种基于一维稳态导热原理的比较法。将样品插入两个平板间，在其垂直方向通入一个恒定的单向的热流，使用校正过的热流传感器测量通过样品的热流，传感器在平板与样品之间和样品接触。热流法适用于低导热材料，测试时将样品夹在两个热流传感器中间测试，在达到温度梯度稳定期后，测量样品的厚度、上下板间的温度梯度及通过样品的热流便可计算得到导热系数的绝对值。适合测试导热系数范围为0.001~50W/m•K 的材料如导热胶、玻璃、陶瓷、金属、铝基板等低导热材料。

 

 

护热平板法

护热板法导热仪的工作原理和使用热板与冷板的热流法导热仪相似，保护热板法的测量原理如下图所示。热源位于同一材料的两块样品中间。热板周围的保护加热器与样品的放置方式确保从热板到辅助加热器的热流是线性的、一维的。当试样上、下两面处于不同的稳定温度下，测量通过试样有效传热面积的热流及试样上、下表面的温度及厚度，应用傅立叶导热方程计算Tm温度时的导热系数。

 

 

 

                         导热系数λ=Qd/ A（（t2-t1）+（t4-t3））

                         Q:热流稳定后，通过试样的热流量；

                         d:试样厚度；

                         A:试样面积；

                         t2-t1/t4-t3:温度差。

 

该法误差较小且可用于测定低温导热系数材料（0.02-2.0W/m•K）如塑料、纤维、陶瓷基板、氧化铝瓷、空心玻璃、各种保温材料等匀质板状材料。试样应是均质的硬质材料，两表面应平整光滑且平行。在用该法对不良导体的导热系数测定时，不宜采用厚度较小的不良导体平板作为实验样品。

参考标准：

ASTM D5470-2012热导性电绝缘材料的热传输特性的标准试验方法

GB/T 10295-2008 绝热材料稳态热阻及有关特性的测定 热流计法

GB/T 3399-1982塑料导热系数试验方法 护热平板法

GB/T 3139-2005纤维增强塑料导热系数试验方法

作者简介：

MTT（美信检测）是一家从事材料及零部件品质检验、鉴定、认证及失效分析服务的第三方实验室,网址：www.mttlab.com,联系电话：400-850-4050。

 

硬度试验	拉伸试验	冲击韧性试验	高温力学性能
疲劳性能	磨损性能	断裂韧度试验	弯曲与压缩性能