La norme « ASTM D5470-12 Méthode d'essai standard pour la conductivité thermique des matériaux isolants électriques » développée par l'American Society for Testing and Materials (ASTM) décrit une méthode d'essai pour mesurer l'impédance thermique et calculer la conductivité thermique apparente des matériaux isolants électriques thermoconducteurs allant des composés liquides aux matériaux solides rigides.
Le terme conductivité thermique n’est valable que pour les matériaux homogènes. Les matériaux isolants électriques thermoconducteurs sont souvent hétérogènes et, pour éviter toute confusion, cette méthode de test utilise la conductivité thermique apparente pour déterminer les propriétés de conduction thermique des matériaux homogènes et hétérogènes.
Aux fins de la présente norme, les termes et définitions suivants s'appliquent :
La méthode d’essai décrite ici est basée sur la conduction thermique idéalisée entre deux surfaces parallèles et isothermes séparées par un échantillon d’essai d’épaisseur uniforme. Le gradient thermique imposé à l'échantillon par la différence de température entre deux surfaces en contact provoque un flux de chaleur à travers l'échantillon. Ce flux de chaleur est perpendiculaire aux surfaces d’essai et est homogène sur les surfaces, sans propagation latérale de chaleur.
Lorsque deux tiges de mesure sont utilisées, les mesures requises par cette norme sont :
Sur la base de la configuration de test idéalisée, des mesures sont effectuées pour calculer les paramètres suivants :
Il existe une résistance thermique d'interface entre l'échantillon et les surfaces d'essai. Ces résistances de contact sont incluses dans l'exemple de calcul d'impédance thermique. La résistance de contact varie considérablement en fonction de la nature de la surface de l'échantillon et de la pression mécanique exercée sur l'échantillon par les surfaces d'essai. Par conséquent, la pression de compression appliquée à l’échantillon doit être mesurée et enregistrée comme mesure secondaire requise pour la méthode, sauf pour les échantillons de fluide où la pression appliquée est insignifiante. Le calcul de l'impédance thermique consiste en la somme de la résistance thermique de l'échantillon et de la résistance thermique de l'interface.
Le calcul de la conductivité thermique apparente nécessite une détermination précise de l'épaisseur de l'échantillon testé. Selon le type de matériau, différents outils peuvent être utilisés pour contrôler, surveiller et mesurer l'épaisseur de l'éprouvette. Si la taille de l'échantillon peut changer pendant le test, l'épaisseur de l'échantillon testé peut être contrôlée à l'aide de cales ou de butées mécaniques. Si la taille de l'échantillon peut changer pendant le test, l'épaisseur de l'échantillon peut être surveillée pendant le test par mesure d'épaisseur in situ. L'épaisseur de l'échantillon d'essai peut être mesurée telle que fabriquée à température ambiante conformément à la méthode d'essai C de la norme ASTM D374 si elle présente une déflexion en compression négligeable.
Cette norme mesure l'impédance thermique à l'état stationnaire des matériaux isolants électriques utilisés pour améliorer le transfert de chaleur dans les applications électriques et électroniques. Cette norme est particulièrement utile pour mesurer les propriétés de conduction thermique d'échantillons très minces ou qui n'ont pas une stabilité mécanique suffisante pour permettre le placement de capteurs de température dans l'échantillon comme dans la norme ASTM E1225.
Cette norme applique un modèle de flux de chaleur idéalisé et spécifie une température d'essai d'échantillon moyenne. Les impédances thermiques mesurées de cette manière ne sont pas directement applicables à la plupart des applications pratiques où ces conditions de conduction thermique uniformes et parallèles nécessaires ne sont pas présentes.
Cette norme est utile pour mesurer l’impédance thermique des types de matériaux suivants.
La conductivité thermique apparente d'un échantillon peut être calculée à partir de l'impédance thermique mesurée et de l'épaisseur mesurée de l'échantillon si la résistance thermique de l'interface est négligeable (nominalement inférieure à 1 %) par rapport à la résistance thermique de l'échantillon. La conductivité thermique apparente d'un échantillon de matériau peut être déterminée avec précision en excluant la résistance thermique de l'interface. Ceci est réalisé en mesurant l’impédance thermique de différentes épaisseurs du matériau testé et en traçant l’impédance thermique en fonction de l’épaisseur. L'inverse de la pente de la ligne droite résultante est la conductivité thermique apparente. L'intersection à épaisseur nulle est la somme des résistances de contact sur les deux surfaces. La résistance de contact peut être réduite en appliquant de la graisse thermique ou de l'huile sur les surfaces d'essai des éprouvettes dures (type III).
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