Стандартен метод за изпитване на топлопроводими свойства на топлопроводими електроизолационни материали ASTM D5470-12

Стандартът „ASTM D5470-12 Стандартен метод за изпитване на свойствата на топлопроводимост на топлопроводими електроизолационни материали“, разработен от Американското дружество за изпитване и материали (ASTM), описва метод за изпитване за измерване на термичен импеданс и изчисляване на видимата топлопроводимост за топлопроводими електроизолационни материали, вариращи от течни съединения до твърди материали.

Терминът топлопроводимост е валиден само за хомогенни материали. Топлопроводимите електроизолационни материали често са хетерогенни и за да се избегне объркване, този метод на изпитване използва привидна топлопроводимост, за да определи свойствата на топлопроводимост както на хомогенни, така и на хетерогенни материали.

За целите на този стандарт се прилагат следните термини и определения:

Видимата топлопроводимост изразява скоростта на топлинния поток за единица температурен градиент в посока, перпендикулярна на площта, през единица площ на хетерогенен материал при постоянни условия.
Средната температура на дадена повърхност изразява средната температура, претеглена по площ.
Композитът е материал, съставен от различни части, които допринасят пропорционално или синергично за свойствата на комбинацията.
Хомогенен материал е материал, при който съответните свойства не са функция на местоположението в материала.
Термичният импеданс е общото съпротивление на устройството (материал, материални интерфейси) на топлинния поток.
Термичното съпротивление на интерфейса (контактно съпротивление) е температурната разлика, необходима за генериране на единица топлинен поток в контактните равнини между горещите и студените повърхности и повърхностите на пробата, които са в контакт с тестваната проба.
Термичното съпротивление е реципрочна стойност на топлопроводимостта. При стационарни условия, това е температурният градиент на единица топлинен поток, перпендикулярен на изотермичната повърхност.

Описаният тук метод на изпитване се основава на идеализирана топлопроводимост между две успоредни, изотермични повърхности, разделени от изпитвателен образец с еднаква дебелина. Термичният градиент, наложен върху пробата от температурната разлика между две контактуващи повърхности, причинява топлинен поток през пробата. Този топлинен поток е перпендикулярен на тестовите повърхности и е хомогенен по повърхностите, без странично разпространение на топлината.

Когато се използват две измервателни пръти, измерванията, изисквани от този стандарт, са:

T1: По-висока температура на горещата сонда
T2: По-ниска температура на горещата сонда
T3: По-висока температура на студената сонда
T4: По-ниска температура на студената сонда
A: Площ на тестовите повърхности
D: Дебелина на пробата

Въз основа на идеализираната тестова конфигурация се правят измервания за изчисляване на следните параметри:

TH: Температура на по-горещата изотермична повърхност
TC: Температура на по-студената изотермична повърхност
В: Топлинен поток между две изотермични повърхности
Термичен импеданс: Температурната разлика между две изотермични повърхности, разделена на топлинния поток през тях.
Видима топлопроводимост: Изчислява се от графиката на термичния импеданс на пробата спрямо дебелината

Съществува термично съпротивление на границата на разделяне между пробата и изпитваните повърхности. Тези контактни съпротивления са включени в изчислението на примерния термичен импеданс. Контактното съпротивление варира значително в зависимост от естеството на повърхността на пробата и механичното налягане, упражнявано върху пробата от изпитваните повърхности. Следователно, налягането на компресия, приложено към пробата, трябва да се измери и запише като вторично измерване, необходимо за метода, с изключение на флуидни проби, където приложеното налягане е незначително. Изчисляването на термичния импеданс се състои от сумата от термичното съпротивление на пробата и термичното съпротивление на интерфейса.

Изчисляването на привидната топлопроводимост изисква точно определяне на дебелината на тестваната проба. В зависимост от вида на материала, могат да се използват различни инструменти за контрол, наблюдение и измерване на дебелината на изпитвания образец. Ако размерът на пробата може да се промени по време на изпитването, дебелината на изпитваната проба може да се контролира с клинове или механични стопери. Ако размерът на образеца може да се промени по време на изпитването, дебелината на изпитвания образец може да се следи по време на изпитването чрез измерване на дебелината in situ. Дебелината на изпитвания образец може да се измери така, както е произведен при стайна температура, в съответствие с метод за изпитване C на стандарт ASTM D374, ако показва незначително отклонение на натиск.

Този стандарт измерва стационарния термичен импеданс на електроизолационни материали, използвани за подобряване на топлопреминаването в електрически и електронни приложения. Този стандарт е особено полезен за измерване на топлопроводимостта на проби, които са много тънки или нямат достатъчна механична стабилност, за да позволят поставянето на температурни сензори в пробата, както е в ASTM E1225.

Този стандарт прилага идеализиран модел на топлинен поток и определя средна температура на изпитваната проба. Термичните импеданси, измерени по този начин, не са директно приложими за повечето практически приложения, където тези необходими условия за равномерна, паралелна топлопроводимост не са налице.

Този стандарт е полезен за измерване на термичния импеданс на следните видове материали.

Тип I: Вискозни течности, които проявяват неограничена деформация при прилагане на напрежение. Те включват течни съединения като греси, пасти и материали за фазово преминаване. Тези материали не проявяват еластичност или склонност да се връщат към първоначалната си форма след отстраняване на напреженията от деформация.
Тип II: Вискоеластични твърди тела, в които деформационните напрежения в крайна сметка се балансират от вътрешните материални напрежения, като по този начин се ограничава по-нататъшната деформация. Например, меките и твърдите каучукови материали проявяват линейни еластични свойства със значително отклонение по отношение на дебелината на материала.
Тип III: Еластични твърди тела, които показват незначително отклонение. Например, керамика, метали и някои видове пластмаси.

Видимата топлопроводимост на пробата може да се изчисли от измерения термичен импеданс и измерената дебелина на пробата, ако термичното съпротивление на интерфейса е пренебрежимо малко (номинално по-малко от 1 процент) в сравнение с термичното съпротивление на пробата. Видимата топлопроводимост на пробата може да се определи точно чрез изключване на термичното съпротивление на интерфейса. Това се постига чрез измерване на топлинния импеданс на различни дебелини на тествания материал и нанасяне на графика на топлинния импеданс спрямо дебелината. Обратната стойност на наклона на получената права линия е видимата топлопроводимост. Пресечната точка при нулева дебелина е сумата от контактните съпротивления на двете повърхности. Контактното съпротивление може да се намали чрез нанасяне на термопаста или масло върху изпитваните повърхности на твърдите изпитвателни образци (тип III).

Нашата организация, която от години се стреми да подкрепя бизнеса от всеки сектор с широк спектър от тестове, измервания, анализи и оценки, разполага със силен екип, който следи отблизо развитието в света в областта на науката и технологиите и непрекъснато се усъвършенства. В този контекст, на предприятията се предоставят и услуги за тестване в съответствие със стандарта „ASTM D5470-12 Стандартен метод за изпитване на свойствата на топлопроводимост на топлопроводими електроизолационни материали“.